Технология Wi-Fi: гарантии безопасности

Влад Максимов

Введение

Основные стандарты беспроводных сетей

   Cтандарт IEEE 802.11

   Cтандарт IEEE 802.11a

   Cтандарт IEEE 802.11b

   Cтандарт IEEE 802.11g

Технологии и методы защиты данных в сетях Wi-Fi

   Протокол безопасности WEP

   Cтандарт IEEE 802.11X

   Стандарт безопасности WPA

   Беспроводные виртуальные частные сети

   Стандарт IEEE 802.11i

   Возможные виды атак на беспроводные сети

   Предотвращение угроз безопасности беспроводных сетей

Заключение

Введение

овременные технологии беспроводной передачи данных активно внедряются и широко используются как в производственной деятельности большинства компаний, так и для построения компьютерных сетей для домашнего использования. Новые аппаратные решения в области беспроводной передачи данных позволяют создавать и беспроводные компьютерные сети в пределах одного здания, и распределенные сети в масштабах целого города. Пользователь беспроводной сети, у которого есть ноутбук или КПК, оснащенный встроенным модулем беспроводной связи, сегодня уже не привязан к проводной локальной вычислительной сети, а может свободно ходить по комнатам либо перемещаться в соседнее здание, оставаясь при этом постоянно подключенным к сети. Поддержка роуминга позволяет пользователям поддерживать постоянное подключение к сети, находясь в пределах зоны покрытия беспроводной сети. Корпоративные сотрудники, которые по служебной необходимости совершают регулярные деловые поездки, рассматривают беспроводные технологии как необходимую составляющую бизнеса. Беспроводные компьютерные сети активно развертываются в таких общественных местах, как гостиницы, транспортные терминалы, рестораны, кафе, предоставляя посетителям доступ к Интернету. По оценкам специалистов, интенсивное развитие и широкая популярность технологий беспроводной передачи данных за последние несколько лет были обусловлены именно этой возможностью.

Беспроводные компьютерные сети могут быть установлены для временного использования в помещениях, в которых проводная ЛВС отсутствует или затруднена прокладка сетевых кабелей. Установка и конфигурация беспроводных сетей осуществляются очень просто. Беспроводная сеть строится на основе базовых станций (Access Point — точек доступа). Точка доступа — это своеобразный мост, который предоставляет беспроводной доступ станциям, оборудованным беспроводными сетевыми картами, между собой и к компьютерам, объединенным в сеть посредством проводов. Радиус зоны покрытия одной точки доступа составляет около 100 м. При этом одна точка одновременно может поддерживать несколько десятков активных пользователей и обеспечивает скорость передачи информации для конечного абонента до 11 Мбит/с. С помощью точек доступа беспроводные рабочие станции, ноутбуки, карманные устройства, оснащенные модулями беспроводной связи, объединяются в беспроводную компьютерную сеть, производительность которой зависит от количества одновременно работающих пользователей. В целях повышения производительности беспроводной сети устанавливаются дополнительные точки доступа. Путем настройки точек доступа беспроводной сети на различные радиоканалы можно добиться оптимального распределения сетевого трафика сети.

Совместимость беспроводной компьютерной сети с проводной инфраструктурой вообще не является проблемой, поскольку большинство систем беспроводного доступа соответствует отраслевым стандартам соединения с сетями Ethernet. Узлы беспроводной сети поддерживаются сетевыми операционными системами (как и любые другие сетевые узлы) с помощью драйверов сетевых устройств. Совместимость же разных систем беспроводных сетей действительно представляет собой сложную проблему, поскольку существует множество разных технологий и производителей. Кроме того, следует учитывать и вопросы совместимости устройств, использующих одну и ту же частоту.

Низкая стоимость, быстрое развертывание, широкие функциональные возможности по передаче трафика данных, IP-телефонии, видео — все это делает беспроводную технологию одним из самых перспективных телекоммуникационных направлений.

Основные стандарты беспроводных сетей

Cтандарт IEEE 802.11

«Патриархом» семейства стандартов беспроводных сетей является стандарт IEEE 802.11, разработка которого была начата в 1990-м, а закончена в 1997 году. Этот стандарт обеспечивает передачу данных на частоте 2,4 ГГц со скоростью до 2 Мбит/с. Передача данных осуществляется либо методом прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), либо методом изменения спектра скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Технология DSSS основана на создании избыточного набора битов (чипа) на каждый переданный бит. Чип однозначно идентифицирует данные, поступившие от конкретного передатчика, который генерирует набор битов, а данные может расшифровать только приемник, которому известен этот набор битов. Технология FHSS использует узкополосную несущую частоту, скачкообразно меняющуюся в такой последовательности, которая известна только передатчику и приемнику. При правильной синхронизации передатчик и приемник поддерживают единый логический канал связи, любому же другому приемнику передача по протоколу FHSS представляется кратковременными импульсными шумами. С использованием технологии DSSS в диапазоне 2,4 ГГц могут одновременно работать (без перекрытия) три станции, а технология FHSS увеличивает число таких станций до 26. Дальность приема/передачи с использованием DSSS выше, чем у FHSS, за счет более широкого спектра несущей. Если уровень шума превышает некоторый определенный уровень, DSSS-станции перестают работать вообще, в то время как FHSS-станции имеют проблемы только на отдельных частотных скачках, но эти проблемы легко разрешаемы, вследствие чего станции FHSS считаются более помехозащищенными. Системы, в которых для защиты данных применяется FHSS, неэффективно используют полосу пропускания, поэтому скорость передачи данных здесь, как правило, ниже, чем в системах с технологией DSSS. Устройства беспроводных сетей с относительно низкой производительностью (1 Мбит/с) используют технологию FHSS.

Стандарт IEEE 802.11 получил свое дальнейшее развитие в виде спецификаций, в наименованиях которых присутствуют буквенные обозначения рабочей группы, разработавшей данную спецификацию.

Cтандарт IEEE 802.11a

Спецификация 802.11а использует диапазон частот 5,5 ГГц, что позволяет достичь пропускной способности канала 54 Мбит/с. Увеличение пропускной способности стало возможным благодаря применению технологии ортогонального частотного мультиплексирования OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), которая была специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме. Технология OFDM предусматривает преобразование последовательного цифрового потока в большое число параллельных подпотоков, каждый из которых передается на отдельной несущей частоте.

Cтандарт IEEE 802.11b

Спецификация 802.11b является описанием технологии беспроводной передачи данных, получившей название Wi-Fi (Wireless Fidelity). Стандарт обеспечивает передачу данных со скоростью 11 Мбит/с на частоте 2,4 ГГц. Для передачи сигнала используется технология DSSS, при которой весь диапазон делится на пять перекрывающих друг друга поддиапазонов, по каждому из которых передается информация. Значения каждого бита кодируются последовательностью дополнительных кодов (Complementary Code Keying).

Cтандарт IEEE 802.11g

Спецификацию 802.11g можно представить как объединение стандартов 802.11a и 802.11b. Этот стандарт обеспечивает скорость передачи данных до 54 Мбит/с при использовании диапазона 2,4 ГГц. Аналогично стандарту 802.11a эта спецификация использует технологию OFDM, а также кодирование с помощью Complementary Code Keying, что обеспечивает взаимную совместимость работы с устройствами стандарта 802.11b.

Технологии и методы защиты данных в сетях Wi-Fi

дной из важных задач администрирования компьютерной сети является обеспечение безопасности. В отличие от проводных сетей, в беспроводной сети данные между узлами передаются «по воздуху», поэтому возможность проникновения в такую сеть не требует физического подключения нарушителя. По этой причине обеспечение безопасности информации в беспроводной сети является основным условием дальнейшего развития и применения технологии беспроводной передачи данных в коммерческих предприятиях. Согласно результатам опроса главных менеджеров по безопасности IT-компаний, проведенного фирмой Defcom, примерно 90% опрошенных уверены в перспективах беспроводных сетей, но отодвигают их внедрение на неопределенный срок ввиду слабой защищенности таких сетей на современном этапе; более 60% считают, что недостаточная безопасность серьезно тормозит развитие этого направления. А раз нет доверия, соответственно многие компании не рискуют отказываться от испытанных временем проводных решений.

Протокол безопасности WEP

Первой технологией защиты беспроводных сетей принято считать протокол безопасности WEP (Wired Equivalent Privacy — эквивалент проводной безопасности), изначально заложенный в спецификациях стандарта 802.11. Указанная технология позволяла шифровать поток передаваемых данных между точкой доступа и персональным компьютером в рамках локальной сети. Шифрование данных осуществлялось с использованием алгоритма RC4 на ключе со статической составляющей от 40 до 104 бит и с дополнительной случайной динамической составляющей (вектором инициализации) размером 24 бит; в результате шифрование данных производилось на ключе размером от 64 до 128 бит. В 2001 году были найдены способы, позволяющие путем анализа данных, передаваемых по сети, определить ключ. Перехватывая и анализируя сетевой трафик активно работающей сети, такие программы, как AirSnort, WEPcrack либо WEPAttack, позволяли вскрывать 40-битный ключ в течение часа, а 128-битный ключ — примерно за четыре часа. Полученный ключ позволял нарушителю входить в сеть под видом легального пользователя.

В ходе тестирования различного сетевого оборудования, работающего по стандарту 802.11, была обнаружена ошибка в процедуре предотвращения коллизий, возникающих при одновременной работе большого числа устройств беспроводной сети. В случае атаки устройства сети вели себя так, будто канал был все время занят. Передача любого трафика сети полностью блокировалась, и за пять секунд сеть полностью выходила из строя. Эту проблему невозможно было решить ни с помощью специализированного программного обеспечения, ни с использованием механизмов шифрования, так как данная ошибка была заложена в самой спецификации стандарта 802.11.

Подобной уязвимости подвержены все устройства беспроводной передачи данных, работающие на скоростях до 2 Мбит/с и использующие технологию DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Сетевые устройства стандартов 802.11a и 802.11g, работающие на скоростях более 20 Мбит/с, данной уязвимости не подвержены.

Таким образом, технология WEP не обеспечивает надлежащего уровня безопасности корпоративной сети предприятия, но ее вполне достаточно для домашней беспроводной сети, когда объем перехваченного сетевого трафика слишком мал для анализа и вскрытия ключа.

Cтандарт IEEE 802.11X

Очередным шагом в развитии методов защиты беспроводных сетей было появление стандарта IEEE 802.11X, совместимого с IEEE 802.11. В новом стандарте были использованы протокол расширенной аутентификации Extensible Authentication Protocol (EAP), протокол защиты транспортного уровня Transport Layer Security (TLS) и сервер доступа RADIUS (Remote Access Dial-in User Server). В отличие от протокола WEP, стандарт IEEE 802.11X использует динамические 128-битные ключи, периодически меняющиеся во времени. Секретный ключ пересылается пользователю в зашифрованном виде после прохождения этапа аутентификации. Время действия ключа ограничено временем действующего на данный момент сеанса. После окончания текущего сеанса создается новый секретный ключ и снова высылается пользователю. Взаимная аутентификация и целостность передачи данных реализуется протоколом защиты транспортного уровня TLS. Для шифрования данных, как и в протоколе WEP, используется алгоритм RC4 с некоторыми изменениями.

В указанном стандарте были исправлены недостатки технологий безопасности, применяемых в 802.11, — это возможность взлома WEP и зависимость от технологий производителя. IEEE 802.11X поддерживается операционными системами Windows XP и Windows Server 2003. По умолчанию в Windows XP время сеанса работы на секретном ключе равно 30 минутам.

Стандарт безопасности WPA

В 2003 году был представлен следующий стандарт безопасности — WPA (Wi-Fi Protected Access), главной особенностью которого стали динамическая генерация ключей шифрования данных, построенная на базе протокола TKIP (Temporal Key Integrity Protocol) и позволяющая обеспечить конфиденциальность и целостность передаваемых данных. По протоколу TKIP сетевые устройства работают с 48-битовым вектором инициализации (в отличие от 24-битового вектора WEP) и реализуют правила изменения последовательности его битов, что исключает повторное использование ключей. В протоколе TKIP предусмотрена генерация нового 128-битного ключа для каждого передаваемого пакета и улучшенный контроль целостности сообщений с помощью криптографической контрольной суммы MIC (Message Integrity Code), препятствующей нарушителю изменять содержимое передаваемых пакетов. В итоге получается, что каждый передаваемый по сети пакет данных имеет собственный уникальный ключ, а каждое устройство беспроводной сети наделяется динамически изменяемым ключом. Хотя протокол TKIP работает с тем же блочным шифром RC4, который предусмотрен спецификацией протокола WEP, однако технология WPA защищает данные надежнее последнего. Ключи динамически меняются каждые 10 Кбайт. По заверениям разработчиков данного стандарта, вероятность получения одинаковых ключей очень мала.

В общем виде структуру защищенной технологии WPA можно представить как объединение стандарта безопасности IEEE 802.11X, протокола расширенной аутентификации EAP, протокола интеграции временного ключа TKIP, технологии проверки целостности сообщений MIC и централизованного сервера аутентификации RADIUS, предназначенного для работы с точками доступа беспроводной сети. Наличие аутентификации пользователей беспроводной сети также является характерной особенностью стандарта безопасности WPA. Точки доступа беспроводной сети для работы в системе сетевой безопасности стандарта WPA должны поддерживать аутентификацию пользователей по протоколу RADIUS. Сервер RADIUS сначала проверяет аутентифицирующую информацию пользователя (на соответствие содержимому своей базы данных об идентификаторах и паролях пользователей) 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).

Централизованный сервер аутентификации наиболее целесообразно использовать в масштабах крупного предприятия. Для шифрования пакетов и расчета криптографической контрольной суммы MIC используется значение пароля.

Необходимым условием использования стандарта безопасности WPA в рамках конкретной беспроводной сети является поддержка данного стандарта всеми устройствами сети. Если функция поддержки стандарта WPA выключена либо отсутствует хотя бы у одного из устройств, то безопасность сети будет реализована по умолчанию на базе протокола WEP. Проверить устройства беспроводной сети на совместимость можно по спискам сертифицированных продуктов, представленных на Web-сайте организации Wi-Fi Alliance (http://www.wi-fi.org).

WPA изначально разрабатывался как временный стандарт, поэтому широкое распространение получила как его аппаратная, так и программная реализация. Например, установка обновления Service Pack SP1 операционной системы Windows XP на ноутбуках Intel Centrino дает возможность использовать стандарт WPA. В силу того что большинство программных реализаций стандарта WPA генерируют секретный ключ, используя пароль пользователя и сетевое имя компьютера, то знание этого пароля позволяет нарушителям беспрепятственно проникнуть в беспроводную сеть. Пароль является основой для получения ключа шифрования, и поэтому разумный подход к его выбору имеет решающее значение для безопасности всей сети. Нарушитель, несколько раз понаблюдав процедуру обмена ключами с точкой доступа, может осуществить анализ трафика на предмет получения пароля. Считается, что пароли длиной менее 20 знаков значительно снижают безопасность беспроводной сети.

Беспроводные виртуальные частные сети

Технология виртуальных частных сетей VPN (Virtual Private Network) получила широкое распространение для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных по беспроводным сетям. Прежде технология VPN в основном использовалась для безопасной передачи данных между распределенными подразделениями компаний по проводным сетям общего пользования. Создаваемая между узлами сети виртуальная частная сеть, используя протокол IPSec (Internet Protocol Security), который состоит из набора правил, разработанных для определения методов идентификации при инициализации виртуального соединения, позволяет обеспечить безопасный обмен пакетами данных по Интернету. Пакеты данных шифруются посредством алгоритмов DES, AES и др. Технология VPN обладает высокой степенью надежности. Создание беспроводной виртуальной частной сети предполагает установку шлюза непосредственно перед точкой доступа и установку VPN-клиентов на рабочих станциях пользователей сети. Путем администрирования виртуальной частной сети осуществляется настройка виртуального закрытого соединения (виртуального туннеля) между шлюзом и каждым VPN-клиентом сети. Главным недостатком использования беспроводной виртуальной частной сети является значительное сокращение пропускной способности.

Стандарт IEEE 802.11i

В середине прошлого года спецификация защиты сетей Wi-Fi получила окончательное одобрение комитета по стандартам IEEE и была представлена в виде стандарта IEEE 802.11i, получившего название WPA2. В основе этого стандарта лежит концепция надежно защищенной сети — Robust Security Network (RSN), в соответствии с которой точки доступа и сетевые устройства должны обладать отличными техническими характеристиками, высокой производительностью и поддержкой сложных алгоритмов шифрования данных. Технология IEEE 802.11i является дальнейшим развитием стандарта WPA, поэтому в этих стандартах реализовано много аналогичных решений, например архитектура системы безопасности по аутентификации и обновлению ключевой информации сети. Однако указанные стандарты существенно отличаются друг от друга. В WPA процедура шифрования данных построена на базе протокола TKIP, а технология IEEE 802.11i основана на алгоритме AES (Advanced Encryption Standard), обеспечивающем более надежную защиту и поддерживающем ключи длиной 128, 192 и 256 бит. В технологии IEEE 802.11i алгоритм AES выполняет ту же функцию, что и алгоритм RC4 в протоколе TKIP стандарта WPA. Защитный протокол, использующий AES, получил название CCMP (Counter Mode with CBC-MAC Protocol). Для подсчета криптографической контрольной суммы MIC протокол CCMP применяет метод CBC-MAC (Cipher Block Chaining Message Authentication Code).

Следует отметить, что новая технология IEEE 802.11i тоже не является окончательным решением проблемы безопасности сетей Wi-Fi, поскольку пользователям беспроводных сетей потребуется более гибкая система управления безопасностью сети.

Возможные виды атак на беспроводные сети

Разрабатываемые в настоящее время системы безопасности требуют правильного администрирования. Мэтт Хайнс, представитель компании CNET, приводит следующую статистику по США: к 2007 году 80% беспроводных локальных сетей, расположенных на территории стран США, можно будет отнести к незащищенным; в 2006 году 70% удачных атак на беспроводные сети будет проведено исключительно благодаря настройкам, оставленным по умолчанию.

Первые действия, предпринимаемые нарушителем для проникновения в беспроводную сеть, — это поиск точки доступа с отключенными режимами безопасности. Можно также получить доступ к ресурсам беспроводной сети, если узнать идентификатор сети SSID (Service Set IDentifier), который используется в беспроводных сетях стандарта 802.11 (Wi-Fi). Данный идентификатор является секретным ключом, устанавливаемым администратором сети, но его значение можно получить посредством сканирования трафика сети соответствующим программным обеспечением (например, с помощью программы NetStumbler). По умолчанию идентификатор SSID является составной частью заголовка каждого пакета, пересылаемого по сети. Поэтому некоторые производители сетевого оборудования ввели дополнительную опцию настройки, позволяющую отключать широковещательную рассылку SSID. Кроме идентификатора SSID, специализированное программное обеспечение позволяет нарушителю узнать множество других параметров системы безопасности сети.

В качестве одной из мер противодействия несанкционированному доступу к сети можно посоветовать назначение списка МАС-адресов пользователей сети. В то же время значение МАС-адреса не шифруется, поэтому сканирование трафика сети позволяет решить такую задачу.

Для несанкционированного определения идентификационных данных пользователей (имени и пароля) беспроводной сети злоумышленники иногда практикуют создание фальшивого узла доступа, получившего название evil twin (дьявольский близнец). В непосредственной близости от атакуемой беспроводной сети нарушитель устанавливает базовую станцию с более мощным сигналом, замаскированную под легальную базовую станцию беспроводной сети. А когда пользователи атакуемой сети начнут регистрироваться на таких серверах, то раскроют свою идентификационную информацию.

Предотвращение угроз безопасности беспроводных сетей

По результатам анализа возможных угроз безопасности беспроводных сетей специалисты предлагают некоторые правила по организации и настройке беспроводных сетей:

• при создании беспроводных сетей необходимо проверить совместимость используемого сетевого оборудования (данную информацию можно получить на Web-сайте организации Wi-Fi Alliance: http://www.wi-fi.org);
• правильное размещение антенн и уменьшение зоны действия беспроводной сети путем ограничения мощности передачи антенны позволяет снизить вероятность несанкционированного подключения к беспроводной сети;
• в настройках сетевого оборудования следует отключить широковещательную рассылку идентификатора SSID. Необходимо запретить доступ пользователей, имеющих значение идентификатора SSID «Аny»;
• для настройки точки доступа желательно использовать проводное соединение, отключив по возможности беспроводной доступ к настройкам параметров. Пароль для доступа к настройкам точки доступа должен быть сложным;
• следует периодически проводить аудит безопасности беспроводной сети, устанавливать обновления драйверов и операционных систем;
• использовать список МАС-адресов легальных пользователей беспроводной сети;
• одной из основных задач администратора сети является периодическая смена статических паролей;
• ключи, используемые в сети, должны быть максимально длинными. Постоянная смена ключевой информации повысит защищенность сети от несанкционированного доступа;
• технология шифрования данных беспроводной сети должна обеспечивать наивысшую степень защиты с учетом ее поддержки всеми сетевыми устройствами беспроводной сети;
• на всех компьютерах сети желательно установить файерволы и отключить максимально возможное число неиспользуемых сетевых протоколов, чтобы ограничить возможность проникновения нарушителя внутрь сети;
• администратор сети обязан регулярно проводить административно-организационные мероприятия по недопущению разглашения паролей пользователей и другой ключевой информации.

Заключение

ировые производители сетевого оборудования активно занимаются продвижением новых аппаратных и программных решений для беспроводной передачи данных. В октябре 2004 года компания 3Com анонсировала решение в области беспроводных коммутаторов — Wireless Mobility System, которое позволяет производить предварительное планирование сети, централизованное управление ею, автоматическую диагностику точек доступа, обнаружение и изоляцию посторонних сетевых сегментов, контроль доступа и разделение групп пользователей. Wireless Mobility System обладает высокой мобильностью, быстрым роумингом, а также высокой степенью готовности к передаче критичного к задержкам трафика (VoIP, видео) с использованием механизмов CoS и QoS.

По оценкам специалистов, к концу текущего года в сегменте оборудования для ЛВС около 20% будет принадлежать Wi-Fi-оборудованию. Основные области применения этого стандарта не изменятся; значительный рост произойдет в сфере офисных и домашних сетей. Структура применения технологии Wi-Fi будет выглядеть примерно следующим образом: дом — 10-15%, офис — 60-65%, хот-споты — 30-35%. При разработке новых беспроводных продуктов приоритеты будут отдаваться безопасности, повышению удобства для пользователя в плане настроек и т.д., увеличению пропускной способности.

Решение проблемы безопасности в сетях Wi-Fi сможет реально расширить круг пользователей и поднять их доверие к беспроводным сетям на принципиально новый уровень. Но проблема эта не может быть решена только посредством принятия стандартов и за счет унификации оборудования. Значительные усилия в этом направлении должны приложить поставщики услуг, требуется гибкая система безопасности, необходима настройка политик доступа, большую роль играет и грамотная работа администратора беспроводной сети. Короче говоря, следует принимать все необходимые меры и использовать все возможные способы для обеспечения безопасности.

КомпьютерПресс 4'2005