IEEE 802.11i-2004

IEEE 802.11i-2004 , eller 802.11i förkortat , är en ändring av den ursprungliga IEEE 802.11 , implementerad som Wi-Fi Protected Access II (WPA2). Standarden ratificerades den 24 juni 2004. Denna standard definierar säkerhetsmekanismer för trådlösa nätverk genom att ersätta den ursprungliga standardens Short Authentication and Privacy - klausul med en detaljerad säkerhetsklausul . Under denna process blir WEP (Wired Equivalent Privacy) föråldrad och inkluderades senare i den publicerade IEEE 802.11-2007-standarden.

Ersätter WEP

802.11i ersätter den tidigare säkerhetsspecifikationen, Wired Equivalent Privacy ( WEP ), som har visat sig ha säkerhetsbrister. Wi -Fi Protected Access (WPA) introducerades tidigare av Wi-Fi Alliance som en mellanlösning på WEP-säkerhetsproblem. WPA implementerar en reducerad version av 802.11i. Wi-Fi Alliance hänvisar till dess godkända interoperabla implementering av den fullständiga versionen av 802.11i som WPA2 , även kallad RSN (Robust Security Network) High Security Network. 802.11i använder blockchifferet Advanced Encryption Standard (AES), det vill säga en symmetrisk blockchifferalgoritm , medan WEP och WPA använder RC4 -strömchifferet . [ett]

Protokolloperation

IEEE 802.11i utökar IEEE 802.11-1999-standarden genom att tillhandahålla ett högsäkerhetsnätverk (RSN) med två nya protokoll: 4-vägs handskakning och multicast. De använder tjänsterna för autentisering och portåtkomstkontroll som beskrivs i IEEE 802.1X för att ställa in och ändra lämpliga kryptografiska nycklar. [2] [3] Ett RSN är ett säkerhetsnätverk som endast tillåter att RSNA (Reliable Security Network Associations) skapas, vilket är en typ av association som används av ett par stationer (STA) om autentiserings- eller associeringsproceduren mellan dem inkluderar 4-sidig handskakning. [fyra]

Standarden tillhandahåller också två RSNA-konfidentialitets- och integritetsprotokoll, TKIP och CCMP , där CCMP-implementering är obligatorisk eftersom TKIP:s konfidentialitets- och integritetsmekanismer inte är lika tillförlitliga som CCMP:s. [5] Huvudmålet med att implementera TKIP var att algoritmen skulle implementeras inom kapaciteten hos de flesta äldre WEP-bara enheter.

Den initiala autentiseringsprocessen utförs antingen med en fördelad nyckel (PSK) eller efter ett EAP -utbyte över 802.1X (känd som EAPOL , vilket kräver en autentiseringsserver). Denna process säkerställer att klientstationen (STA) är autentiserad med åtkomstpunkten (AP). Efter PSK- eller 802.1X-autentisering genereras en delad hemlighet, kallad Pairwise Master Key (PMK). PMK härleds från ett lösenord som anges via PBKDF2-SHA1 som en kryptografisk hashfunktion . I ett fördelat nyckelnätverk är PMK faktiskt PSK. Om ett EAP 802.1X-utbyte har utförts, erhålls PMK från EAP-parametrarna som tillhandahålls av autentiseringsservern.

4-stegs handslag

4-vägshandskakningen är utformad så att åtkomstpunkten (eller autentiseringsenheten) och den trådlösa klienten (eller supplikanten) oberoende kan bevisa att de känner till PSK/PMK utan att avslöja nyckeln. Istället för att avslöja nyckeln, krypterar åtkomstpunkten (AP) och klienten varandras meddelanden – som bara kan dekrypteras med den PMK de redan delar – och om dekrypteringen av meddelandena lyckades bekräftar detta kunskapen om PMK. 4-vägshandskakningen är avgörande för att skydda PMK från skadliga AP:er – till exempel SSID för en angripare som maskerar sig som en riktig AP – så att klienten aldrig behöver berätta för AP:n sin PMK.

PMK är designad för att hålla hela sessionen och bör exponeras så lite som möjligt; därför måste nycklarna för att kryptera trafiken erhållas. 4-vägshandskakningen används för att upprätta en annan nyckel, en så kallad Pairwise Transitional Key (PTK). PTK genereras genom att kombinera följande attribut: PMK, AP nonce (ANonce), STA nonce (SNonce), AP MAC-adress och STA MAC-adress . Produkten körs sedan genom en pseudo-slumpmässig funktion . Handskakningen ger också GTK (Group Temporal Key) som används för att dekryptera multicast- och broadcast-trafik.

De faktiska meddelanden som utbyts under handskakningen visas i figuren och förklaras nedan (alla meddelanden skickas som EAPOL -Key frames):

1. AP skickar ett temporärt nonce-värde (ANonce) till STA tillsammans med en nyckeluppspelningsräkning, vilket är ett nummer som används för att matcha varje par skickade meddelanden och förkasta dubbletter av meddelanden. STA har nu alla attribut för att skapa en PTK.
2. STA:n skickar sitt eget temporära värde (SNonce) till AP tillsammans med en Message Integrity Code (MIC) inklusive autentisering som faktiskt är en Message Integrity Authentication Code (MAIC) och en Key Replay Count som kommer att vara samma som meddelande 1 för att tillåta AP för att matcha rätt meddelande 1.
3. AP validerar meddelande 2 genom att kontrollera fältet MIC, RSN, AOnce och nyckeluppspelningsräknare, och om giltigt, skapar och skickar en GTK med en annan MIC.
4. STA kontrollerar meddelande 3 genom att kontrollera MIC:n och fältet för nyckeluppspelningsräknare, och om det är giltigt, skickar en bekräftelse till AP.

Den parade övergångsnyckeln (64 byte) är uppdelad i fem separata nycklar:

1. 16 byte EAPOL Key Validation Key (KCK) - används för att beräkna MIC i WPA EAPOL-nyckelmeddelandet
2. 16 byte EAPOL Key Encryption Key (KEK) - AP använder denna nyckel för att kryptera ytterligare data som skickas (i fältet "Key Data") till klienten (till exempel IE RSN eller GTK)
3. 16 bytes temporär nyckel (TK) - används för att kryptera/dekryptera unicast-datapaket
4. 8-byte Michael Authenticator MIC Authentication Key MIC - används för att beräkna MIC på unicast-datapaket som skickas av AP
5. Michaels 8-byte MIC Authenticator Rx-nyckel - används för att beräkna MIC på unicast-datapaket som sänds av stationen

Den tillfälliga gruppnyckeln (32 byte) är uppdelad i tre separata nycklar:

1. 16-byte grupp temporär krypteringsnyckel - används för att kryptera / dekryptera multicast och broadcast datapaket.
2. 8-byte Michael MIC Authenticator - används för att beräkna MIC på multicast- och broadcast-paket som sänds av AP
3. 8 byte av MIC Authenticator MIC-nyckel - används inte för närvarande eftersom stationer inte skickar multicast-trafik

Tx/Rx-nycklarna för Michael MIC-autentisering i PTK och GTK används endast om nätverket använder TKIP för att kryptera data.

Detta 4-vägs handslag har visat sig vara sårbart för KRACK .

Grupphandslag

Group Temporal Key (GTK) som används i nätverket kan behöva uppdateras på grund av att en förinställd timer löper ut. När en enhet lämnar nätverket måste GTK också uppdateras. Detta för att förhindra att enheten tar emot fler multicast- eller broadcastmeddelanden från åtkomstpunkten.

För att bearbeta 802.11i-uppdateringen definierar den en gruppnyckelhandskakning, som består av en tvåvägshandskakning:

1. AP skickar en ny GTK till varje STA i nätverket. GTK är krypterad med den KEK som tilldelats denna STA och skyddar data från manipulering av MIC .
2. STA bekräftar den nya GTK och svarar på AP.

Översikt över CCMP

CCMP är baserat på AES-krypteringsalgoritmen CCM. CCM kombinerar CTR för integritet och CBC-MAC för autentisering och integritet. CCM skyddar integriteten för både MPDU-datafältet och valda delar av IEEE 802.11 MPDU-huvudet.

Nyckelhierarki

RSNA definierar två nyckelhierarkier:

1. Parad nyckelhierarki för att skydda unicast-trafik.
2. GTK, en enkelnyckelshierarki för att säkra multicast- och broadcast-trafik.

Beskrivningen av nyckelhierarkier använder följande två funktioner:

• L (Str, F, L) - Från Str, börja från vänster, extrahera F-bitarna genom F + L - 1.
• PRF-n är en pseudo-slumpmässig funktion som genererar n utgångsbitar. Det finns 128, 192, 256, 384 och 512 versioner, som var och en producerar detta antal bitar.

Nyckelparshierarkin använder PRF-384 eller PRF-512 för att härleda sessionsspecifika nycklar från PMK, vilket genererar en PTK som är uppdelad i KCK och KEK, såväl som alla temporära nycklar som används av MAC för unicast-säkerhet.

GTK måste vara ett slumptal som också genereras med PRF-n, vanligtvis PRF-128 eller PRF-256. I denna modell tar gruppnyckelhierarkin en GMK (Group Master Key) och genererar en GTK.

MAC ramformat

Ramkontrollfält

Skyddat ramfält

Det skyddade ramfältet är 1 bit långt. Fältet "Säker ram" har ett värde på 1 om "huvudramfältet" innehåller information som behandlas av den kryptografiska inkapslingsalgoritmen. Fältet Protected Frame är endast inställt på 1 i dataramar av typen Data och i kontrollramar av typen Control och subtype Authentication. I alla andra ramar har Secure Frame-fältet värdet 0. När Secure Frame -bitfältet är 1 i en dataram, skyddas basfältet för ramen med kryptografisk inkapsling. algoritm och utökad enligt definitionen i paragraf 8. Endast WEP är tillåten som kryptografisk inkapslingsalgoritm för kontrollramar av subtypen "Autentisering" [7] .

Se även

• WAPI , Kinas centraliserade trådlösa säkerhetsmetod
• IEEE 802.1AE , MACsec

Anteckningar

1. ↑ "IEEE 802.11i-2004: Tillägg 6: Medium Access Control (MAC) Säkerhetsförbättringar" (pdf). en:IEEE Standards (23 juli 2004). Hämtad 21 december 2007. Arkiverad från originalet 29 november 2007. (obestämd)
2. ↑ IEEE 802.11i-2004: Tillägg 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements , en:IEEE Standards , 2004-07-23, sid. 14 , < http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11i-2004.pdf > . Hämtad 9 april 2010. Arkiverad 29 november 2007 på Wayback Machine 
3. ↑ IEEE 802.11i-2004: Tillägg 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements , en:IEEE Standards , 2004-07-23, sid. 14 , < http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11i-2004.pdf > . Hämtad 9 april 2010. Arkiverad 29 november 2007 på Wayback Machine 
4. ↑ IEEE 802.11i-2004: Tillägg 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements , en:IEEE Standards , 2004-07-23, sid. 5 , < http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11i-2004.pdf > . Hämtad 9 april 2010. Arkiverad 29 november 2007 på Wayback Machine 
5. ↑ IEEE 802.11i-2004: Tillägg 6: Medium Access Control (MAC) Security Enhancements , en:IEEE Standards , 2004-07-23, sid. 43 , < http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.11i-2004.pdf > . Hämtad 9 april 2010. Arkiverad 29 november 2007 på Wayback Machine 
6. ↑ "Sektion av MAC-ramformat" (nedlänk) . Hämtad 18 januari 2019. Arkiverad från originalet 27 april 2018. (obestämd) 
7. ↑ "IEEE 802.11i-2004 standardtillägg 6: Säkerhetsförbättringar för medelstor åtkomstkontroll (MAC)" . Arkiverad från originalet den 27 april 2018. (obestämd)

Länkar

• "IEEE 802.11-2007: Specifikationer för åtkomstkontroll för trådlöst LAN (MAC) och Physical Layer (PHY)" . IEEE (8 mars 2007). (obestämd)
• "The Evolution of 802.11 Wireless Security (PDF)" (länk ej tillgänglig) . ITFROC (18 april 2010). Hämtad 18 januari 2019. Arkiverad från originalet 2 mars 2016. (obestämd) 
• Sårbarhet i WPA2-protokollet, hole196 [1] , [2]