Анализ безопасности беспроводных сетей. Средства защиты беспроводных сетей

Беспроводные сети начинают использоваться практически во всем мире. Это обусловлено их удобством, гибкостью и сравнительно невысокой стоимостью. Беспроводные технологии должны удовлетворять ряду требований к качеству, скорости, радиусу приема и защищенности, причем защищенность часто является самым важным фактором.

Сложность обеспечения безопасности беспроводной сети очевидна. Если в проводных сетях злоумышленник должен сначала получить физический доступ к кабельной системе или оконечным устройствам, то в беспроводных сетях это условие отпадает само собой: поскольку данные передаются «по воздуху», для получения доступа достаточно обычного приемника, установленного в радиусе действия сети (см. разд. 2.2.3).

Однако, несмотря на различия в реализации, подход к безопасности беспроводных сетей и их проводных аналогов идентичен: здесь присутствуют аналогичные требования к обеспечению конфиденциальности и целостности передаваемых данных и, конечно же, к проверке подлинности как беспроводных клиентов, так и точек доступа.

Общие сведения

Как и все стандарты IEEE 802, базовый стандарт организации беспроводных локальных сетей IEEE 802.11 работает на нижних двух уровнях модели ISO/OSI - физическом и канальном. Сетевое приложение, сетевая ОС или протокол (например, TCP/IP) будут так же хорошо работать в сети 802.11, как и в сети Ethernet.

Основная архитектура, особенности и службы определяются в базовом стандарте 802.11 (см. разд. 4.2), который определяет два режима работы беспроводной сети - режим клиент/сервер (или режим инфраструктуры) и режим «точка-точка» (Ad-hoc).

В режиме клиент/сервер беспроводная сеть состоит как минимум из одной точки доступа AP (Access point), подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных оконечных станций. Такая конфигурация носит название базового набора служб BSS (Basic Service Set). Два или более BSS, образующих единую подсеть, формируют расширенный набор служб ESS (Extended Service Set). Так как большинству беспроводных станций требуется получать доступ к файловым серверам, принтерам, Интернету, доступным в проводной локальной сети, они будут работать в режиме клиент/сервер.

Режим «точка-точка» - это простая сеть, в которой связь между многочисленными станциями устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. Такой режим полезен в том случае, если инфраструктура беспроводной сети не сформирована (например, в отеле, выставочном зале, аэропорту).

На физическом уровне стандарта 802.11 определены 2 широкополосных радиочастотных метода передачи и 1 - в инфракрасном диапазоне. Радиочастотные методы работают в ISM диапазоне 2,4 ГГц и обычно используют полосу 83 МГц от 2,400 ГГц до 2,483 ГГц. Технологии широкополосного сигнала, используемые в радиочастотных методах, увеличивают надежность, пропускную способность, позволяют многим несвязанным друг с другом устройствам разделять одну полосу частот с минимальными помехами друг для друга.

Основное дополнение, внесенное стандартом 802.11b в основной стандарт, - это поддержка двух новых скоростей передачи данных - 5,5 и 11 Mbps. Для достижения этих скоростей был выбран метод прямой последовательности DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).

Канальный (Data Link) уровень стандарта 802.11 состоит из двух подуровней: управления логической связью LLC (Logical Link Control) и управления доступом к носителю MAC (Media Access Control).

Обеспечение безопасности беспроводных сетей

Система защиты беспроводных сетей WLAN, основанная на протоколе WEP (Wired Equivalent Privacy) первоначального стандарта 802.11, имеет существенные недостатки. Однако появились более эффективные технологии обеспечения информационной безопасности WLAN, которые описаны в стандарте WPA (Wi-Fi

Protected Access) организации Wi-Fi Alliance и стандарте 802.1 И института IEEE и призваны устранить недостатки стандарта 802.11. Поскольку процесс разработки стандарта 802.1 И слишком затянулся, организация Wi-Fi Alliance была вынуждена предложить в 2002 г. собственную технологию обеспечения информационной безопасности WLAN - стандарт WPA.

Стандарт WPA весьма привлекателен тем, что относительно прост в реализации и позволяет защитить ныне действующие WLAN. Стандарты WPA и 802.1 И совместимы друг с другом, поэтому использование поддерживающих WPA продуктов можно считать начальным этапом перехода к системе защиты на базе стандарта 802.1 И (см. разд. 4.2).

Между технологиями стандартов 802.1 И и WPA много общего. Так, в них определена идентичная архитектура системы безопасности с улучшенными механизмами аутентификации пользователей и протоколами распространения и обновления ключей. Но есть и существенные различия. Например, технология WPA базируется на протоколе динамических ключей TKIP (Temporal Key Integrity Protocol), поддержку которого в большинстве устройств WLAN можно реализовать путем обновления их ПО, а в более функциональной концепции стандарта 802.1 И предусмотрено использование нового стандарта шифрования AES (Advanced Encryption Standard), с которым совместимо лишь новейшее оборудование для WLAN.

В стандарте WPA предусмотрено использование защитных протоколов 802.Ix, EAP, TKIP и RADIUS.

Механизм аутентификации пользователей основан на протоколе контроля доступа 802.1 х (разработан для проводных сетей) и протоколе расширенной аутентификации ЕАР (Extensible Authentication Protocol). Последний позволяет сетевому администратору задействовать алгоритмы аутентификации пользователей посредством сервера RADIUS (см. гл. 13).

Функции обеспечения конфиденциальности и целостности данных базируются на протоколе TKIP, который в отличие от протокола WEP использует более эффективный механизм управления ключами, но тот же самый алгоритм RC4 для шифрования данных. Согласно протоколу TKIP, сетевые устройства работают с 48-битовым вектором инициализации (в отличие от 24-битово-го вектора инициализации протокола WEP) и реализуют правила изменения последовательности его битов, что исключает повторное использование ключей и осуществление replay-атак.

В протоколе TKIP предусмотрены генерация нового ключа для каждого передаваемого пакета и улучшенный контроль целостности сообщений с помощью криптографической контрольной суммы MIC (Message Integrity Code), препятствующей хакеру изменять содержимое передаваемых пакетов.

Система сетевой безопасности стандарта WPA работает в двух режимах: PSK (Pre-Shared Key) и Enterprise (корпоративный). Для развертывания системы, работающей в режиме PSK, необходим разделяемый пароль. Такую систему несложно устанавливать, но она защищает WLAN не столь надежно, как это делает система, функционирующая в режиме Enterprise с иерархией динамических ключей. Хотя протокол TKIP работает с тем же самым блочным шифром RC4, который предусмотрен спецификацией протокола WEP, технология WPA защищает данные надежнее последнего.

Чтобы точки доступа WLAN стали совместимыми со стандартом WPA, достаточно модернизировать их ПО. Для перевода же сетевой инфраструктуры на стандарт 802.Hi потребуется новое оборудование, поддерживающее алгоритм шифрования AES, так как AES-шифрование создает большую нагрузку на центральный процессор беспроводного клиентского устройства.

Чтобы корпоративные точки доступа работали в системе сетевой безопасности стандарта WPA или 802.1 И, они должны поддерживать аутентификацию пользователей по протоколу RADIUS и реализовывать предусмотренный стандартом метод шифрования - TKIP или AES, что потребует модернизации их ПО. И еще одно требование - быстро осуществлять повторную аутентификацию пользователей после разрыва соединения с сетью. Это особенно важно для нормального функционирования приложений, работающих в реальном масштабе времени.

Если сервер RADIUS, применяемый для контроля доступа пользователей проводной сети, поддерживает нужные методы аутентификации ЕАР, то его можно задействовать и для аутентификации пользователей WLAN. В противном случае следует установить сервер WLAN RADIUS. Этот сервер работает следующим образом: сначала он проверяет аутентифицирующую информацию пользователя (на соответствие содержимому своей БД об их идентификаторах и паролях) или его цифровой сертификат, а затем активизирует динамическую генерацию ключей шифрования точкой доступа и клиентской системой для каждого сеанса связи.

Для работы технологии WPA требуется механизм EAP-TLS (Transport Layer Security), тогда как в стандарте IEEE 802.1 П применение конкретных методов аутентификации ЕАР не оговаривается. Выбор метода аутентификации ЕАР определяется спецификой работы клиентских приложений и архитектурой сети. Чтобы ноутбуки и карманные ПК работали в системе сетевой безопасности стандарта WPA или 802.1 И, они должны быть оснащены клиентскими программами, поддерживающими стандарт 802.1 х.

Самым простым, с точки зрения развертывания, вариантом системы сетевой безопасности стандарта WPA является система, работающая в режиме PS К. Она предназначена для небольших и домашних офисов и не нуждается в сервере RADIUS, а для шифрования пакетов и расчета криптографической контрольной суммы MIC в ней используется пароль PSK. Обеспечиваемый ею уровень информационной безопасности сети вполне достаточен для большинства вышеуказанных офисов. С целью повышения эффективности защиты данных следует применять пароли, содержащие не менее 20 символов.

Предприятиям целесообразно внедрять у себя системы сетевой безопасности стандарта WPA с серверами RADIUS. Большинство компаний предпочитают именно такие системы, поскольку работающие в режиме PS К решения сложнее администрировать и они более уязвимы для хакерских атак.

До тех пор пока средства стандарта 802.1 И не станут доступными на рынке, WPA будет оставаться самым подходящим стандартом для защиты WLAN.

Стандарты WPA и 802.1 И в достаточной степени надежны и обеспечивают высокий уровень защищенности беспроводных сетей. Тем не менее одного протокола защиты недостаточно - следует также уделять внимание правильному построению и настройке сети.

Физическая защита. При развертывании Wi-Fi-сети необходимо физически ограничить доступ к беспроводным точкам.

Правильная настройка. Парадокс современных беспроводных сетей заключается в том, что пользователи не всегда включают и используют встроенные механизмы аутентификации и шифрования.

Защита пользовательских устройств. Не следует полностью полагаться на встроенные механизмы защиты сети. Наиболее оптимальным является метод эшелонированной обороны, первая линия которой - средства защиты, установленные на стационарном ПК, ноутбуке или КПК.

Традиционные меры. Эффективная работа компьютера в сети немыслима без классических мер защиты - своевременной установки обновлений, использования защитных механизмов, встроенных в ОС и приложения, а также антивирусов. Однако этих мер на сегодня недостаточно, так как они ориентированы на защиту от уже известных угроз.

Мониторинг сети. Слабое звено в корпоративной сети - самовольно установленные точки доступа. Актуальной является задача локализации несанкционированных точек доступа. Специальные средства локализации точек доступа позволяют графически отображать место расположения «чужого» терминала на карте этажа или здания. Если классические методы не спасают от вторжения, следует применять системы обнаружения атак.

УРМ-агенты. Многие точки доступа работают в открытом режиме, поэтому необходимо использовать методы защиты передаваемых данных. На защищаемом компьютере должен быть установлен УР1М-клиент, который возьмет на себя решение этой задачи. Практически все современные ОС (например, Yindows ХР) содержат в своем составе такие программные компоненты.

В качестве средств защиты от наиболее частых угроз беспроводных сетей можно использовать следующее программое обеспечение

WPA (Wi-Fi Protected Access) представляет собой обновлённую программу сертификации устройств беспроводной связи. Технология WPA состоит из нескольких компонентов:

протокол 802.1x -- универсальный протокол для аутентификации, авторизации и учета (AAA)

протокол EAP -- расширяемый протокол аутентификации (Extensible Authentication Protocol)

протокол TKIP -- протокол временнОй целостности ключей, другой вариант перевода -- протокол целостности ключей во времени (Temporal Key Integrity Protocol)

MIC -- криптографическая проверка целостности пакетов (Message Integrity Code)

протокол RADIUS

За шифрование данных в WPA отвечает протокол TKIP, который, хотя и использует тот же алгоритм шифрования -- RC4 -- что и в WEP, но в отличие от последнего, использует динамические ключи (то есть ключи часто меняются). Он применяет более длинный вектор инициализации и использует криптографическую контрольную сумму (MIC) для подтверждения целостности пакетов (последняя является функцией от адреса источника и назначения, а также поля данных).

RADIUS-протокол предназначен для работы в связке с сервером аутентификации, в качестве которого обычно выступает RADIUS-сервер. В этом случае беспроводные точки доступа работают в enterprise-режиме.

Если в сети отсутствует RADIUS-сервер, то роль сервера аутентификации выполняет сама точка доступа -- так называемый режим

WPA-PSK (pre-shared key, общий ключ). В этом режиме в настройках всех точек доступа заранее прописывается общий ключ. Он же прописывается и на клиентских беспроводных устройствах. Такой метод защиты тоже довольно секьюрен (относительно WEP), очень не удобен с точки зрения управления. PSK-ключ требуется прописывать на всех беспроводных устройствах, пользователи беспроводных устройств его могут видеть. Если потребуется заблокировать доступ какому-то клиенту в сеть, придется заново прописывать новый PSK на всех устройствах сети и так далее. Другими словами, режим WPA-PSK подходит для домашней сети и, возможно, небольшого офиса, но не более того.

В этой серии статей будет рассмотрена работа WPA совместно с внешним RADIUS-сервером. Но прежде чем перейти к ней, немного подробнее остановимся на механизмах работы WPA. Технология WPA являлась временной мерой до ввода в эксплуатацию стандарта 802.11i. Часть производителей до официального принятия этого стандарта ввели в обращение технологию WPA2, в которой в той или иной степени используются технологии из 802.11i. Такие как использование протокола CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol), взамен TKIP, в качестве алгоритма шифрования там применяется усовершенствованный стандарт шифрования AES (Advanced Encryption Standard). А для управления и распределения ключей по-прежнему применяется протокол 802.1x.

Как уже было сказано выше, протокол 802.1x может выполнять несколько функций. В данном случае нас интересуют функции аутентификации пользователя и распределение ключей шифрования. Необходимо отметить, что аутентификация происходит «на уровне порта» -- то есть пока пользователь не будет аутентифицирован, ему разрешено посылать/принимать пакеты, касающиеся только процесса его аутентификации (учетных данных) и не более того. И только после успешной аутентификации порт устройства (будь то точка доступа или умный коммутатор) будет открыт и пользователь получит доступ к ресурсам сети.

Функции аутентификации возлагаются на протокол EAP, который сам по себе является лишь каркасом для методов аутентификации. Вся прелесть протокола в том, что его очень просто реализовать на аутентификаторе (точке доступа), так как ей не требуется знать никаких специфичных особенностей различных методов аутентификации. Аутентификатор служит лишь передаточным звеном между клиентом и сервером аутентификации. Методов же аутентификации, которых существует довольно много:

EAP-SIM, EAP-AKA -- используются в сетях GSM мобильной связи

LEAP -- пропреоретарный метод от Cisco systems

EAP-MD5 -- простейший метод, аналогичный CHAP (не стойкий)

EAP-MSCHAP V2 -- метод аутентификации на основе логина/пароля пользователя в MS-сетях

EAP-TLS -- аутентификация на основе цифровых сертификатов

EAP-SecureID -- метод на основе однократных паролей

Кроме вышеперечисленных, следует отметить следующие два метода, EAP-TTLS и EAP-PEAP. В отличие от предыдущих, эти два метода перед непосредственной аутентификацией пользователя сначала образуют TLS-туннель между клиентом и сервером аутентификации. А уже внутри этого туннеля осуществляется сама аутентификация, с использованием как стандартного EAP (MD5, TLS), или старых не-EAP методов (PAP, CHAP, MS-CHAP, MS-CHAP v2), последние работают только с EAP-TTLS (PEAP используется только совместно с EAP методами). Предварительное туннелирование повышает безопасность аутентификации, защищая от атак типа «man-in-middle», «session hihacking» или атаки по словарю.

Протокол PPP засветился там потому, что изначально EAP планировался к использованию поверх PPP туннелей. Но так как использование этого протокола только для аутентификации по локальной сети -- излишняя избыточность, EAP-сообщения упаковываются в «EAP over LAN» (EAPOL) пакеты, которые и используются для обмена информацией между клиентом и аутентификатором (точкой доступа).

Схема аутентификации состоит из трех компонентов:

Supplicant -- софт, запущенный на клиентской машине, пытающейся подключиться к сети

Authenticator -- узел доступа, аутентификатор (беспроводная точка доступа или проводной коммутатор с поддержкой протокола 802.1x)

Authentication Server -- сервер аутентификации (обычно это RADIUS-сервер).

Процесс аутентификации состоит из следующих стадий:

Клиент может послать запрос на аутентификацию (EAP-start message) в сторону точки доступа

Точка доступа (Аутентификатор) в ответ посылает клиенту запрос на идентификацию клиента (EAP-request/identity message). Аутентификатор может послать EAP-request самостоятельно, если увидит, что какой-либо из его портов перешел в активное состояние.

Клиент в ответ высылает EAP-response packet с нужными данными, который точка доступа (аутентификатор) перенаправляет в сторону Radius-сервера (сервера аутентификации).

Сервер аутентификации посылает аутентификатору (точке доступа) challenge-пакет (запрос информации о подлинности клиента). Аутентификатор пересылает его клиенту.

Далее происходит процесс взаимной идентификации сервера и клиента. Количество стадий пересылки пакетов туда-сюда варьируется в зависимости от метода EAP, но для беспроводных сетей приемлема лишь «strong» аутентификация с взаимной аутентификацией клиента и сервера (EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP-PEAP) и предварительным шифрованием канала связи.

На следующий стадии, сервер аутентификации, получив от клиента необходимую информацию, разрешает (accept) или запрещает (reject) тому доступ, с пересылкой данного сообщения аутентификатору. Аутентификатор (точка доступа) открывает порт для Supplicant-а, если со стороны RADIUS-сервера пришел положительный ответ (Accept).

Порт открывается, аутентификатор пересылает клиенту сообщение об успешном завершении процесса, и клиент получает доступ в сеть.

После отключения клиента, порт на точке доступа опять переходит в состояние «закрыт».

Для коммуникации между клиентом (supplicant) и точкой доступа (authenticator) используются пакеты EAPOL. Протокол RADIUS используется для обмена информацией между аутентификатором (точкой доступа) и RADIUS-сервером (сервером аутентификации). При транзитной пересылке информации между клиентом и сервером аутентификации пакеты EAP переупаковываются из одного формата в другой на аутентификаторе.

Первоначальная аутентификация производится на основе общих данных, о которых знают и клиент, и сервер аутентификации (как то логин/пароль, сертификат и т.д.) -- на этом этапе генерируется Master Key. Используя Master Key, сервер аутентификации и клиент генерируют Pairwise Master Key (парный мастер ключ), который передается аутентификатору со стороны сервера аутентификации. А уже на основе Pairwise Master Key и генерируются все остальные динамические ключи, которым и закрывается передаваемый трафик. Необходимо отметить, что сам Pairwise Master Key тоже подлежит динамической смене.

WEP (Wired Equivalent Privacy) - старый метод обеспечения безопасности сети. Он все еще доступен для поддержки устаревших устройств, но использовать его не рекомендуется. При включении протокола WEP выполняется настройка ключа безопасности сети. Этот ключ осуществляет шифрование информации, которую компьютер передает через сеть другим компьютерам. Однако защиту WEP относительно легко взломать.

Существует два типа методов защиты WEP: проверка подлинности в открытой системе и проверка подлинности с использованием общих ключей. Ни один из них не обеспечивает высокий уровень безопасности, но метод проверки подлинности с использованием общих ключей является менее безопасным. Для большинства компьютеров и точек доступа беспроводной сети, ключ проверки подлинности с использованием общих ключей совпадает со статическим ключом шифрования WEP, который используется для обеспечения безопасности сети. Злоумышленник, перехвативший сообщения для успешной проверки подлинности с использованием общих ключей, может, используя средства анализа, определить ключ проверки подлинности с использованием общих ключей, а затем статический ключ шифрования WEP. После определения статического ключа шифрования WEP злоумышленник может получить полный доступ к сети. По этой причине эта версия Windows автоматически не поддерживает настройку сети через проверку подлинности с использованием общих ключей WEP.

Использует генератор псевдослучайных чисел (алгоритм RC4) для получения ключа, а также векторы инициализации. Так как последний компонент не зашифрован, возможно вмешательство третьих лиц и воссоздание WEP-ключа.

Проведенный анализ угроз беспроводных сетей показал, что наиболее расстроенными угрозами являются чужаки, нефиксированная связь, отказ в обсаживании, подслушивание.

Обзор программных средств, используемых для защиты информации беспроводных сетей показал, что наиболее целесообразно использовать программу WPA. Программа WPA является обновленной программой сертификации устройств беспроводной связи. В программе WPA усилена безопасность данных и контроль доступа к беспроводным сетям, поддерживается шифрование в соответствии со стандартом AES (Advanced Encryption Standard, усовершенствованный стандарт шифрования), который имеет более стойкий криптоалгоритм.

"…Защита информации и беспроводные сети?
А что, разве это не взаимоисключающие понятия?"
Из разговора на выставке "Связьэкспоком-2004 "

Устройства беспроводной связи на базе стандартов 802.11х очень агрессивно продвигаются сегодня на рынке сетевого оборудования. Это и не удивительно: удобство работы для мобильных и квазимобильных пользователей, организация коммерческих и корпоративных хот-спотов, "последняя миля", связь локальных сетей (ЛС) между собой - все это далеко не полный перечень оснований для внедрения таких решений. И действительно, количество всевозможного работающего оборудования стандартов 802.11х в мире впечатляет: по данным компании J"son & Partners, число только хот-спотов в конце 2003 г. превысило 43 тыс., а к концу 2004 г. оно должно достигнуть 140 тыс. Доля России в этих показателях невелика, однако количество сетей беспроводной связи (и хот-спотов в том числе) и у нас неуклонно растет. Заметим также, что в нашей стране более 80% корпоративных сетей беспроводной связи построено на "старейшем" и наиболее часто используемом оборудовании - Cisco Aironet.

Но впечатляют не только цифры; гораздо удивительнее количество заблуждений, связанных с обеспечением безопасной передачи данных в таких сетях. Разброс мнений здесь самый широкий: от полного доверия ко всякому оборудованию и любым его настройкам до нелестных характеристик того рода, что мы привели в качестве эпиграфа.

802.11х - восприимчивость к угрозам извне

Сама суть беспроводной передачи данных таит в себе возможность несанкционированных подключений к точкам доступа, перехвата данных и прочих неприятностей. Отсутствие кабеля, который организационно несложно защитить, вызывает ощущение неприятной открытости и доступности.

Стоит упомянуть о "непротокольных" угрозах - именно они и составляют основу проблемы. При разработке беспроводной корпоративной сети администраторы в первую очередь заботятся о качественном покрытии территории офиса. Очень часто никто просто не берет в расчет, что коварные хакеры могут подключиться к сети прямо из автомобиля, припаркованного на улице. Кроме того, бывают ситуации, когда в принципе нельзя ликвидировать саму возможность "слышать" передаваемый трафик. Пример - внешние антенны. Кстати, в странах СНГ соединение ЛС офисов между собой с помощью "беспроводки" - весьма популярное решение.

Не менее опасная угроза - возможность хищения оборудования. Если политика безопасности беспроводной сети построена на МАС-адресах, то любой компонент (сетевая карта, точка доступа), украденный злоумышленником, моментально делает эту сеть открытой.

И, наконец, проблема "слишком умных" пользователей. Часто несанкционированное подключение точек доступа к ЛС - дело рук самих сотрудников организации. Причем делается это исключительно для удобства работы, иногда даже с благими намерениями. Конечно же, защиту информации при подключении к сети таких устройств эти сотрудники обеспечивают тоже самостоятельно и не всегда представляют себе последствия такой "самозащиты".

Решением этих и подобных проблем нужно заниматься комплексно. Заметим сразу, что организационные мероприятия в рамках данной статьи не рассматриваются, - они чаще всего выбираются на основании условий работы каждой конкретной сети. Что касается мероприятий технического свойства, то весьма хороший результат дают обязательная взаимная аутентификация устройств и внедрение активных (например, Observer 8.3, Airopeek NX 2.01, Wireless Sniffer 4.75) и пассивных (таких, как APTools 0.1.0, xprobe 0.0.2) средств контроля.

Уязвимость "старых" методов защиты

Защитой данных в беспроводных сетях комитет IEEE 802.11 занимался всегда. К сожалению, методы обеспечения безопасности сетей 802.11х на этапе их начального развития (1997-1998 гг.) использовались, мягко говоря, неудачные. Они включали шифрование по протоколу WEP (Wired Equivalent Privacy) и аутентификацию: на основании МАС-адреса, открытую (Open) и по разделяемому ключу (PreShared Key).

Рассмотрим перечисленные методы по порядку. Классический протокол шифрования WEP, разработанный компанией RSA Data Security, использует 40-разрядный ключ, который складывается со сгенерированным вектором инициализации (IV, его длина 24 бит). С помощью полученного ключа по алгоритму RC4 шифруются пользовательские данные и контрольная сумма. Вектор IV передается в открытом виде.

Первый минус этого способа - 40-разрядного ключа недостаточно для спокойствия. Даже DES с его 56-разрядным ключом давно признан ненадежным. Второй минус - неизменяемость ключа; применение статичного ключа упрощает проблему взлома. Раз уж 40-разрядный ключ ненадежен, хотелось бы его менять почаще. И, наконец, сам подход к шифрованию весьма сомнителен. Размер IV - 24 бит, значит, он повторится не позднее чем через 5 ч (длина пакета 1500 байт, скорость 11 Мбит/с).

Никита Борисов, Йэн Голдберг и Дэвид Вагнер первыми изучили эту проблему, и уже в 2001 г. появились первые реализации драйверов и программ, позволяющих справиться с шифрованием WEP. Документ, описывающий эту уязвимость, опубликован по адресу: http://www.isaac.cs.berkeley.edu/isaac/wep-faq.htm l.

Способы аутентификации тоже не слишком надежны. Например, ничего не стоит "подслушать" всю процедуру аутентификации по МАС-адресу - ведь МАС-адреса в кадре передаются незашифрованными. Если злоумышленник знает о принятом способе аутентификации - он уже практически готов войти в сеть. Самый надежный из перечисленных способов - PreShared Key, но и он хорош только при надежном шифровании и регулярной замене качественных паролей.

Распространено заблуждение, что применение уникального Service Set ID (SSID) позволяет избежать несанкционированных подключений. Увы, SSID пригоден лишь для логического разбиения сетевых устройств на группы - не более того. Единственное, что можно сделать с помощью SSID, - это смутить юного хакера использованием "непечатных" символов. Точки доступа (Access Point, AP), например, от Cisco Systems позволяют сделать это (можно указывать символы, входящие в SSID в шестнадцатеричном виде, - \xbd\xba).

Таким образом, если еще учесть массу "любознательных" подростков с ноутбуками, в сети беспроводной связи неизбежно встает проблема защиты от почти гарантированных WEP-атак.

WEP-атаки

Недостаточность длины ключа, отсутствие его ротаций и сам принцип шифрования RC4, описанный выше, позволяют организовать весьма эффективную пассивную атаку. Причем злоумышленнику не нужно совершать никаких действий, по которым его можно было бы обнаружить, достаточно просто слушать канал. При этом не требуется и специального оборудования - хватит обычной WLAN-карточки, купленной долларов за 20-25, а также программы, которая будет накапливать пакеты на жестком диске до совпадения значений вектора IV. Когда количество пакетов станет достаточным (чаще всего от 1 млн до 4 млн), легко вычислить WEP-ключ. Одна из самых популярных программ для таких "упражнений" - AirSnort (http://airsnort.shmoo.com). Это ПО работает с сетевыми картами от Cisco Systems, карточками на базе НМС Prism-2 (их довольно много), а также на картах Orinoco или их клонах.

Неплохих результатов может достичь хакер, использующий активные способы атаки. Например, можно посылать известные данные извне ЛС, скажем, из Интернета, одновременно анализируя, как их зашифровала точка доступа. Такой метод позволяет и вычислить ключ, и манипулировать данными.

Еще один метод активной атаки - Bit-Flip attack. Алгоритм действий здесь следующий (рис. 1):

1. Перехватываем фрейм, зашифрованный WEP.
2. Меняем произвольно несколько битов в поле "данные" и пересчитываем контрольную сумму CRC-32.
3. Посылаем модифицированный фрейм на точку доступа.
4. Точка доступа примет фрейм на канальном уровне, поскольку контрольная сумма верна.
5. Точка доступа попытается дешифровать данные и ответит заранее известным текстом, например: "Ваш ключ шифрования неверен".
6. Сравнение текста в зашифрованном и незашифрованном виде может позволить вычислить ключ.

В рамках данной статьи мы не будем рассматривать возможную DOS-атаку на оборудование, использующее способ широкополосной модуляции DSSS. К оборудованию этого типа относятся устройства стандарта 802.11b и 802.11a, работающие на низких скоростях.

Промежуточные выводы

Все вышесказанное позволяет говорить о ненадежности старых методов обеспечения безопасности в беспроводных сетях; а если оборудование не позволяет реализовать современные решения для защиты информации, то выбор стратегий невелик: либо использовать строжайшую административную политику (см. врезку "Административные меры"), либо применять технологию IPSec - ESP.

Технология IPSec - ESP, безусловно, позволит защитить данные, но сильно снизит производительность ЛС. Все-таки эта технология была разработана для глобальных сетей, и в пределах беспроводной локальной сети использовать ее расточительно. Ее применение поверх беспроводных каналов оправдано лишь в случае соединения филиалов или других подобных решений.

Современные требования к защите, или "Из жизни с Cisco"

Для спокойствия любого пользователя нужно обеспечить решение всего трех проблем для его трафика: это конфиденциальность (данные должны быть надежно зашифрованы), целостность (данные должны быть гарантированно не изменены третьим лицом) и аутентичность (уверенность в том, что данные получены от правильного источника).

Аутентификация

В стандарте 802.1x определен более современный по сравнению со стандартами 1997-1998 гг. способ аутентификации, который широко применяется в различном сетевом оборудовании, в беспроводных устройствах в том числе. Принципиальное отличие его от старых способов аутентификации заключается в следующем: пока не будет проведена взаимная проверка, пользователь не может ни принимать, ни передавать никакие данные. Стандарт предусматривает также динамическое управление ключами шифрования, что, естественно, затрудняет пассивную атаку на WEP.

Например, ряд разработчиков используют для аутентификации в своих устройствах протоколы EAP-TLS и PEAP, но более "широко" к проблеме подходит Cisco Systems (http://www.cisco.com), предлагая для своих беспроводных сетей, наряду с этими, следующий ряд протоколов.

Extensible Authentication Protocol - Transport Layer Security (EAP-TLS) - это стандарт IETF, который обеспечивает аутентичность путем двустороннего обмена цифровыми сертификатами.

Protected EAP (PEAP) - пока предварительный стандарт (draft) IETF. Он предусматривает обмен цифровыми сертификатами и дополнительную проверку имени и пароля по специально созданному шифрованному туннелю.

Lightweight EAP (LEAP) - фирменный протокол Cisco Systems. "Легкий" протокол взаимной аутентификации, похожий на двусторонний Challenge Authentication Protocol (CHAP). Использует разделяемый ключ, поэтому требует определенной разумности при генерации паролей. В противном случае, как и любой другой способ PreShared Key, подвержен атакам по словарю.

EAP - Flexible Authentication via Secure Tunneling (EAP-FAST) - разработан Cisco на основании предварительного стандарта (draft) IETF для защиты от атак по словарю и имеет высокую надежность. Требует от администратора минимума усилий для поддержки. Принцип его работы схож с LEAP, но аутентификация проводится по защищенному туннелю. Первые реализации появились в апреле 2004 г. Поддерживается, начиная с версий ПО IOS 12.2(11)JA, VxWorks 12.01T, Cisco Secure ACS 3.2.3.

Все современные способы аутентификации (см. таблицу) подразумевают поддержку динамических ключей, что не может не радовать. Однако если сравнивать все эти стандарты и по остальным параметрам, то способы EAP-TLS и PEAP кажутся более тяжеловесными. И это действительно так. Они больше подходят для применения в сетях, построенных на базе оборудования различных производителей.

Особенности способов аутентификации

Способы аутентификации, разработанные Cisco, выглядят симпатичнее. Особенную прелесть им придает поддержка технологии Fast Secure Roaming, позволяющей переключаться между различными точками доступа (время переключения примерно 100 мс), что особенно важно при передаче голосового трафика. При работе с EAP-TLS и PEAP повторная аутентификация займет существенно больше времени, и в результате разговор прервется. Главный недостаток LEAP и LEAP-FAST очевиден - эти протоколы поддерживаются только в оборудовании Cisco Systems.

Шифрование и целостность

На основании рекомендаций 802.11i Cisco Systems реализовала протокол TKIP (Temporal Кey Integrity Protocol), который обеспечивает смену ключа шифрования PPK (Рer Рacket Кeying) в каждом пакете и контроль целостности сообщений MIC (Message Integrity Check).

Процедура PPK предусматривает изменение вектора инициализации IV в каждом пакете. Причем шифрование осуществляется значением хэш-функции от IV и самого WEP-ключа. Если еще учесть, что WEP-ключи динамически меняются, то надежность шифрования становится довольно высокой.

Обеспечение целостности возложено на процедуру MIC. В формирующийся фрейм добавляются поля MIC и SEQuence number, в поле SEQ указывается порядковый номер пакета, что позволяет защититься от атак, основанных на повторах и нарушениях очередности. Пакет с неверным порядковым номером просто игнорируется. В 32-разрядном поле MIC располагается значение хэш-функции, вычисленной по значениям самого заголовка пакета 802.11, поля SEQ, пользовательских данных (рис. 2).

Другой перспективный протокол шифрования и обеспечения целостности, уже зарекомендовавший себя в проводных решениях, - это AES (Advanced Encryption Standard). Он разработан сравнительно недавно - в октябре 2001 г. и обладает лучшей криптостойкостью по сравнению с DES и ГОСТ 28147-89. Длина ключа AES составляет 128, 192 или 256 бит. Как уже отмечалось, он обеспечивает и шифрование, и целостность.

Заметим, что используемый в нем алгоритм (Rijndael) не требует больших ресурсов ни при реализации, ни в работе, что очень важно для уменьшения времени задержки данных и нагрузки на процессор.

AES уже работает в ОС Cisco IOS (k9), начиная с 12.2(13)T. В настоящее время практически все устройства Cisco Systems стандарта 802.11g готовы к поддержке AES. Сетевая общественность находится в ожидании объявления о выходе этого ПО в свет, однако неоднократно называвшиеся сроки не соблюдаются. Впрочем, сейчас определенная ясность все-таки появилась. Компания объявила, что все устройства, работающие в стандарте 802.11g, можно будет совершенно свободно снабдить новым ПО, которое обязательно появится вскоре… Но - только после ратификации стандарта 802.11i. Стандарт ратифицирован IEEE в конце июня (см. врезку "Стандарт 802.11i ратифицирован"). Так что ждем-с.

Wi-Fi Protected Access

Стандарт Wi-Fi Protected Access (WPA) - это набор правил для реализации защиты данных в сетях 802.11х. Начиная с августа 2003 г., соответствие WPA входит в состав требований к оборудованию, сертифицирующемуся на высокое звание Wi-Fi Certified (http://www.wi-fi.org/OpenSection/pdf/Wi-Fi_Protected_Access_Overview.pdf).

Заметим, что в спецификации WPA входит немного измененный протокол TKIP-PPK. Шифрование выполняется на "смеси" нескольких ключей - текущего и последующего. При этом длина IV увеличена до 48 бит.

WPA определяет и контроль целостности сообщений согласно упрощенной версии MIC (Michael MIC), отличающейся от описанной тем, что хэш-функция рассчитывается на основании меньшего количества полей, но само поле MIC имеет большую длину - 64 бит. Это дает возможность реализовать дополнительные меры защиты информации, например, ужесточить требования к ре-ассоциациям, ре-аутентификациям и т. п.

Спецификации предусматривают также поддержку 802.1x/EAP и аутентификации с разделяемым ключом и, несомненно, - управление ключами.

Особенно радует, что WPA-устройства готовы к работе и с клиентами, оборудование у которых поддерживает современные стандарты, и с клиентами, совершенно не заботящимися о своей безопасности и использующими старое оборудование или ПО. Автор категорически рекомендует: распределяйте пользователей с разной степенью защищенности по разным виртуальным ЛС и в соответствии с этим реализуйте свою политику безопасности.

Сегодня, при условии использования современного оборудования и ПО, защищенную и устойчивую к атакам беспроводную сеть на базе стандартов 802.11х построить вполне возможно. Для этого нужно только применить в ней несколько разумных постулатов.

Надо помнить, что почти всегда беспроводная сеть связана с проводной. Кроме необходимости защищать беспроводные каналы, данный факт служит побудительным мотивом к внедрению новых методов защиты и в проводных сетях. В противном случае может сложиться ситуация, когда сеть будет иметь фрагментарную защиту, что по сути создает потенциальную угрозу безопасности.

Желательно использовать оборудование, имеющее сертификат Wi-Fi Certified, выданный позднее августа 2003 г., т. е. подтверждающий соответствие WPA.

Многие администраторы, устанавливая в ЛС устройства, сохраняют настройки производителя по умолчанию. В серьезных беспроводных сетях это категорически недопустимо.

Несомненно, нужно внедрять 802.1х/EAP/TKIP/MIC и динамическое управление ключами. Если сеть смешанная - используйте виртуальные локальные сети. Сейчас практически любой серьезный производитель точек доступа поддерживает данную технологию. А если он ее не поддерживает, то не стоит поддерживать и такого производителя, приобретая его оборудование. В случае использования внешних антенн (например, при соединении разных ЛС между собой) рекомендуется технология виртуальных частных сетей VPN.

Стоит сочетать протокольные и программные способы защиты с административными. Имеет смысл подумать и о внедрении технологии Intrusion Detection System (IDS) для обнаружения возможных вторжений. Можно также использовать описанные выше программные продукты.

И, наконец, самое главное - при планировании защищенной беспроводной сети руководствуйтесь здравым смыслом. Помните: любое шифрование или другие манипуляции с данными неизбежно привносят дополнительную задержку, увеличивают объем служебного трафика и нагрузку на процессоры сетевых устройств. Безусловно, безопасность - важный фактор в современных сетях, но она теряет всякий смысл, если трафик пользователя не получает должной полосы пропускания. Ведь, к сожалению, любые сети создаются в конечном счете для пользователей, а не для администраторов. Впрочем, тема QoS в беспроводных сетях стандарта 802.11х заслуживает отдельной статьи.

Несанкционированный доступ – чтение, обновление или разрушение информации при отсутствии на это соответствующих полномочий .

Несанкционированный доступ осуществляется, как правило, с использованием чужого имени, изменением физических адресов устройств, использованием информации, оставшейся после решения задач, модификацией программного и информационного обеспечения, хищением носителя информации, установкой аппаратуры записи.

Для успешной защиты своей информации пользователь должен иметь абсолютно ясное представление о возможных путях несанкционированного доступа. Основные типовые пути несанкционированного получения информации:

· хищение носителей информации и производственных отходов;

· копирование носителей информации с преодолением мер защиты;

· маскировка под зарегистрированного пользователя;

· мистификация (маскировка под запросы системы);

· использование недостатков операционных систем и языков программирования;

· использование программных закладок и программных блоков типа "троянский конь";

· перехват электронных излучений;

· перехват акустических излучений;

· дистанционное фотографирование;

· применение подслушивающих устройств;

· злоумышленный вывод из строя механизмов защиты и т.д..

Для защиты информации от несанкционированного доступа применяются:

1) организационные мероприятия;

2) технические средства;

3) программные средства;

4) шифрование.

Организационные мероприятия включают в себя:

· пропускной режим;

· хранение носителей и устройств в сейфе (дискеты, монитор, клавиатура и т.д.);

· ограничение доступа лиц в компьютерные помещения и т.д..

Технические средства включают в себя:

· фильтры, экраны на аппаратуру;

· ключ для блокировки клавиатуры;

· устройства аутентификации – для чтения отпечатков пальцев, формы руки, радужной оболочки глаза, скорости и приемов печати и т.д.;

· электронные ключи на микросхемах и т.д.

Программные средства включают в себя:

· парольный доступ – задание полномочий пользователя;

· блокировка экрана и клавиатуры с помощью комбинации клавиш в утилите Diskreet из пакета Norton Utilites;

· использование средств парольной защиты BIOS – на сам BIOS и на ПК в целом и т.д.

Шифрование–это преобразование (кодирование) открытой информации в зашифрованную, не доступную для понимания посторонних. Методы шифрования и расшифровывания сообщения изучает наука криптология, история которой насчитывает около четырех тысяч лет.

2.5. Защита информации в беспроводных сетях

Невероятно быстрые темпы внедрения в современных сетях беспроводных решений заставляют задуматься о надежности защиты данных.

Сам принцип беспроводной передачи данных заключает в себе возможность несанкционированных подключений к точкам доступа.

Не менее опасная угроза - вероятность хищения оборудования. Если политика безопасности беспроводной сети построена на МАС-адресах, то сетевая карта или точка доступа, украденная злоумышленником, может открыть доступ к сети.

Часто несанкционированное подключение точек доступа к ЛВС выполняется самими работниками предприятия, которые не задумываются о защите.

Решением подобных проблем нужно заниматься комплексно. Организационные мероприятия выбираются исходя из условий работы каждой конкретной сети. Что касается мероприятий технического характера, то весьма хорошей результат достигается при использовании обязательной взаимной аутентификации устройств и внедрении активных средств контроля.

В 2001 году появились первые реализации драйверов и программ, позволяющих справиться с шифрованием WEP. Самый удачный - PreShared Key. Но и он хорош только при надежной шифрации и регулярной замене качественных паролей (рис.1).

Рисунок 1 - Алгоритм анализа зашифрованных данных

Современные требования к защите

Аутентификация

В настоящее время в различном сетевом оборудовании, в том числе в беспроводных устройствах, широко применяется более современный способ аутентификации, который определен в стандарте 802.1х - пока не будет проведена взаимная проверка, пользователь не может ни принимать, ни передавать никаких данных.

Ряд разработчиков используют для аутентификации в своих устройствах протоколы EAP-TLS и PEAP, Cisco Systems, предлагает для своих беспроводных сетей, помимо упомянутых, следующие протоколы: EAP-TLS, РЕАР, LEAP, EAP-FAST.

Все современные способы аутентификации подразумевают поддержку динамических ключей.

Главный недостаток LEAP и EAP-FAST - эти протоколы поддерживаются в основном в оборудовании Cisco Systems (рис. 2).

Рисунок 2 - Структура пакета 802.11x при использовании TKIP-PPK, MIC и шифрации по WEP.

Шифрование и целостность

На основании рекомендаций 802.11i Cisco Systems реализован протокол ТКIР (Temporal Integrity Protocol), обеспечивающий смену ключа шифрования РРК (Per Packet Keying) в каждом пакете и контроль целостности сообщений MIC (Message Integrity Check).

Другой перспективный протокол шифрования и обеспечения целостности - AES (Advanced Encryption Standart). Он обладает лучшей криптостойкостью по сравнению DES и ГОСТ 28147-89. Он обеспечивает и шифрацию, и целостность.

Заметим, что используемый в нем алгоритм (Rijndael) не требует больших ресурсов ни при реализации, ни при работе, что очень важно для уменьшения времени задержки данных и нагрузки на процессор.

Стандарт обеспечения безопасности в беспроводных локальных сетях - 802,11i.

Стандарт Wi-Fi Protected Access (WPA) - это набор правил, обеспечивающих реализацию защиты данных в сетях 802.11х. Начиная с августа 2003 года соответствие стандартам WPA является обязательным требованием к оборудования, сертифицируемому на звание Wi-Fi Certified.

В спецификацию WPA входит измененный протокол TKOP-PPK. Шифрование производится на сочетании нескольких ключей - текущего и последующего. При этом длина IV увеличена до 48 бит. Это дает возможность реализовать дополнительные меры по защите информации, к примеру ужесточить требования к реассоциациям, реаутентификациям.

Спецификации предусматривают и поддержку 802.1х/EAP, и аутентификацию с разделяемым ключом, и, несомненно, управление ключами.

Таблица 3 - Способы реализации политики безопасности

Продолжение таблицы 3

При условии использования современного оборудования и ПО в настоящее время вполне возможно построить на базе стандартов серии 802.11х защищенную и устойчивую к атакам беспроводную сеть.

Почти всегда беспроводная сеть связана с проводной, а это, помимо необходимости защищать беспроводные каналы, необходимо обеспечивать защиты в проводных сетях. В противном случае сеть будет иметь фрагментарную защиту, что, по сути, является угрозой безопасности. Желательно использовать оборудование, имеющее сертификат Wi-Fi Certified, то есть подтверждающий соответствие WPA.

Нужно внедрять 802.11х/EAP/TKIP/MIC и динамическое управление ключами. В случае смешанной сети следует использовать виртуальные локальные сети; при наличии внешних антенн применяется технология виртуальных частных сетей VPN.

Необходимо сочетать как протокольные и программные способы защиты, так и административные.