Используемые методы шифрования

WEP

Wired Equivalent Privacy (WEP) — алгоритм для обеспечения безопасности сетей Wi-Fi. Используется для обеспечения конфиденциальности и защиты передаваемых данных авторизированных пользователей беспроводной сети от прослушивания. Существует две разновидности WEP: WEP-40 и WEP-104, различающиеся только длиной ключа. В настоящее время данная технология является устаревшей, так как ее взлом может быть осуществлен всего за несколько минут. Тем не менее, она продолжает широко использоваться. Для безопасности в сетях Wi-Fi рекомендуется использовать WPA. WEP часто неправильно называют Wireless Encryption Protocol.

Алгоритм

В основе WEP лежит поточный шифр RC4, выбранный из-за своей высокой скорости работы и возможности использования переменной длины ключа. Для подсчета контрольных сумм используется CRC32.

Формат кадра

Кадр WEP включает в себя следующие поля:

1. Незашифрованная часть

   1. Вектор инициализации (24 бита)

   2. Пустое место (6 бит)

   3. Идентификатор ключа (2 бита)

2. Зашифрованная часть

   1. Данные

   2. Контрольная сумма (32 бита)

Ключи

Ключи имеют длину 40 и 104 бита для WEP-40 и WEP-104 соответственно. Используются два типа ключей: ключи по умолчанию и назначенные ключи. Назначенный ключ отвечает определенной паре отправитель-получатель. Может иметь любое, заранее оговоренное сторонами значение. Если же стороны предпочтут не использовать назначенный ключ, им выдается один из четырех ключей по умолчанию из специальной таблицы. Для каждого кадра данных создается сид (англ. Seed), представляющий собой ключ с присоединенным к нему вектором инициализации.

Инкапсуляция

Инкапсуляция данных проходит следующим образом:

1. Контрольная сумма от поля «данные» вычисляется по алгоритму CRC32 и добавляется в конец кадра.

2. Данные с контрольной суммой шифруются алгоритмом RC4, использующим в качестве ключа сид.

3. Проводится операция XOR (Сложение по модулю 2) над исходным текстом и шифротекстом.

4. В начало кадра добавляется вектор инициализации и идентификатор ключа.

Декапсуляция

Декапсуляция данных проходит следующим образом:

1. К используемому ключу добавляется вектор инициализации.

2. Происходит расшифрование с ключом, равным сиду.

3. Проводится операция XOR над полученным текстом и шифротекстом.

4. Проверяется контрольная сумма.

Проблемы

Все атаки на WEP основаны на недостатках шифра RC4, таких, как возможность коллизий векторов инициализации и изменения кадров. Для всех типов атак требуется проводить перехват и анализ кадров беспроводной сети. В зависимости от типа атаки, количество кадров, требуемое для взлома, различно. С помощью программ, таких как Aircrack-ng, взлом беспроводной сети с WEP шифрованием осуществляется очень быстро и не требует специальных навыков.

Атака Фларера-Мантина-Шамира (англ.)

Была предложена в 2001 году Скоттом Фларером, Ициком Мантином и Ади Шамиром. Требует наличия в кадрах слабых векторов инициализации. В среднем для взлома необходимо перехватить около полумиллиона кадров. При анализе используются только слабые векторы. При их отсутствии (например, после коррекции алгоритма шифрования) данная атака неэффективна.

Атака KoreK

В 2004 году была предложена хакером, называющим себя KoreK. Ее особенность в том, что для атаки не требуются слабые вектора инициализации. Для взлома необходимо перехватить несколько сотен тысяч кадров. При анализе используются только векторы инициализации.

Атака Тевса-Вайнмана-Пышкина

Была предложена в 2007 году Эриком Тевсом (Erik Tews), Ральфом-Филипом Вайнманом (Ralf-Philipp Weinmann) и Андреем Пышкиным. Использует возможность инъекции ARP запросов в беспроводную сеть. На данный момент это наиболее эффективная атака, для взлома требуется всего несколько десятков тысяч кадров. При анализе используются кадры целиком.

802.11i

В 2004 году IEEE выпустил поправку к стандарту 802.11, включающую в себя новые рекомендуемые к использованию алгоритмы обеспечения безопасности WPA и WPA2. WEP был объявлен устаревшим.

TKIP

Расшифровывается как Temporal Key Integrity Protocol. В данном протоколе шифрования используется тот же шифр RC4. Длина инициализационного вектора составляет 48 бит. Для проверки целостности сообщений добавлен протокол Michael, или MIC, – Message Integrity Check. В случае отправки более двух сообщений, не прошедших проверку, производится блокировка беспроводного клиента сроком на 1 минуту.

AES-CCMP

Компонент CCMP расшифровывается как Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol. Для шифрования данных при распределении ключей и проверке целостности используется протокол AES – Advanced Encryption Standard.

Размер блока применяемого алгоритма шифрования составляет 128 бит. AES используется для обеспечения конфиденциальности данных. Функции аутентификации, целостности и защиты от воспроизведения реализуются посредством компонентов CCMP.

AES-CCMP является последним из разработанных на сегодняшний день стандартов шифрования.

WPA и WPA2

WPA и WPA2 (Wi-Fi Protected Access) — представляет собой обновленную программу сертификации устройств беспроводной связи. Технология WPA пришла на замену технологии защиты беспроводных сетей WEP. Плюсами WPA являются усиленная безопасность данных и ужесточенный контроль доступа к беспроводным сетям. Немаловажной характеристикой является совместимость между множеством беспроводных устройств как на аппаратном уровне, так и на программном. На данный момент WPA и WPA2 разрабатываются и продвигаются организацией Wi-Fi Alliance.

Основные понятия

В WPA обеспечена поддержка стандартов 802.1X, а также протокола EAP (Extensible Authentication Protocol, расширяемый протокол аутентификации). Стоит заметить, что в WPA2 поддерживается шифрование в соответствии со стандартом AES (Advanced Encryption Standard, усовершенствованный стандарт шифрования), который имеет ряд преимуществ над используемым в WEP RC4, например гораздо более стойкий криптоалгоритм.

Большим плюсом при внедрении EWPA является возможность работы технологии на существующем аппаратном обеспечении Wi-Fi.

Некоторые отличительные особенности WPA:

• усовершенствованная схема шифрования RC4

• обязательная аутентификация с использованием EAP.

• система централизованного управления безопасностью, возможность использования в действующих корпоративных политиках безопасности.

Аутентификация пользователей

Wi-Fi Alliance дает следующую формулу для определения сути WPA:

WPA = 802.1X + EAP + TKIP + MIC

Видно, что WPA, по сути, является суммой нескольких технологий.

Как упомянуто выше, в стандарте WPA используется Расширяемый протокол аутентификации (EAP) как основа для механизма аутентификации пользователей. Непременным условием аутентификации является предъявление пользователем свидетельства (иначе называют мандатом), подтверждающего его право на доступ в сеть. Для этого права пользователь проходит проверку по специальной базе зарегистрированных пользователей. Без аутентификации работа в сети для пользователя будет запрещена. База зарегистрированных пользователей и система проверки в больших сетях как правило расположены на специальном сервере (чаще всего RADIUS).

Cледует отметить, что WPA имеет упрощённый режим. Он получил название Pre-Shared Key (WPA-PSK). При применении режима PSK необходимо ввести один пароль для каждого отдельного узла беспроводной сети (беспроводные маршрутизаторы, точки доступа, мосты, клиентские адаптеры). Если пароли совпадают с записями в базе, пользователь получит разрешение на доступ в сеть.

Шифрование

Даже не принимая во внимания тот факт что WEP, предшественник WPA, не обладает какими-либо механизмами аутентификации пользователей как таковой, его ненадёжность состоит, прежде всего, в криптографической слабости алгоритма шифрования. Ключевая проблема WEP заключается в использовании слишком похожих ключей для различных пакетов данных.

TKIP, MIC и 802.1X (части уравнения WPA) внесли свою лепту в усиление шифрования данных сетей, использующих WPA.

TKIP отвечает за увеличение размера ключа с 40 до 128 бит, а также за замену одного статического ключа WEP ключами, которые автоматически генерируются и рассылаются сервером аутентификации. Кроме того, в TKIP используется специальная иерархия ключей и методология управления ключами, которая убирает излишнюю предсказуемость, которая использовалась для несанкционированного снятия защиты WEP ключей.

Сервер аутентификации, после получения сертификата от пользователя, использует 802.1X для генерации уникального базового ключа для сеанса связи. TKIP осуществляет передачу сгенерированного ключа пользователю и точке доступа, после чего выстраивает иерархию ключей плюс систему управления. Для этого используется двусторонний ключ для динамической генерации ключей шифрования данных, которые в свою очередь используются для шифрования каждого пакета данных. Подобная иерархия ключей TKIP заменяет один ключ WEP (статический) на 500 миллиардов возможных ключей, которые будут использованы для шифрования данного пакета данных.

Другим важным механизмом является проверка целостности сообщений (Message Integrity Check, MIC). Ее используют для предотвращения перехвата пакетов данных, содержание которых может быть изменено, а модифицированный пакет вновь передан по сети. MIC построена на основе мощной математической функции, которая применяется на стороне отправителя и получателя, после чего сравнивается результат. Если проверка показывает на несовпадение результатов вычислений, данные считаются ложными и пакет отбрасывается.

При этом механизмы шифрования, которые используются для WPA и WPA-PSK, являются идентичными. Единственное отличие WPA-PSK состоит в том, что аутентификация производится с использованием пароля, а не по сертификату пользователя.

WPA2

WPA2 определяется стандартом IEEE 802.11i, принятым в июне 2004 года, и призван заменить WPA. В нём реализовано CCMP и шифрование AES, за счет чего WPA2 стал более защищенным, чем свой предшественник. С 13 марта 2006 года поддержка WPA2 является обязательным условием для всех сертифицированных Wi-Fi устройств.

Уязвимость

6 ноября 2008 года на конференции PacSec был представлен способ, позволяющий взломать ключ TKIP, используемый в WPA, за 12-15 минут[2]. Этот метод позволяет прочитать данные, передаваемые от точки доступа клиентской машине, а также передавать поддельную информацию на клиентскую машину. Данные, передаваемые от клиента к маршрутизатору, пока прочитать не удалось. Ещё одним условием успешной атаки было включение QoS на маршрутизаторе.

В 2009 году сотрудниками университета Хиросимы и университета Кобе, Тосихиру Оигаси и Масакату Мории был разработан и успешно реализован на практике новый метод атаки, который позволяет взломать любое WPA соединение без ограничений, причем, в лучшем случае, время взлома составляет 1 минуту.

Необходимо заметить, что соединения WPA, использующие более защищённый стандарт шифрования ключа AES, а также WPA2-соединения, не подвержены этим атакам.

23 июля 2010 года была опубликована информация об уязвимости Hole196 в протоколе WPA2. Используя эту уязвимость, авторизовавшийся в сети злонамеренный пользователь может расшифровывать данные других пользователей, используя свой закрытый ключ. Никакого взлома ключей или брут-форса не требуется.

Тем не менее, на данный момент основными методами взлома WPA2 PSK являются атака по словарю и брут-форс. Для этого в режиме мониторинга беспроводной карты сканируется эфир и записываются необходимые пакеты. Далее проводится деавторизация клиента для захвата начального обмена пакетами (handshake), либо нужно ждать пока клиент совершит подключение. После этого уже нет необходимости находиться недалеко от атакуемой точки доступа. Атака проводится оффлайн с помощью специальной программы и файла с хэндшейком.