802.11有线等效加密WEP

Posted 2021-03-07 hustluotao

有线等效加密（WEP）标准是802.11无线安全早期的解决方案，WEP并不安全。

既然WEP并不安全，为什么还要学习WEP呢？

1. WEP简单，相比后续出现的加密协议，它不要求有多么强大的计算能力。一些老的设备，特别是缺乏足够处理能力的手持设备，WEP已经是最佳选择；
2. 较新的技术，如TKIP，仍旧会用到WEP的帧处理能力；

1. WEP的密码学背景

WEP用以保护数据的RC4密码属于对称性（密钥）流密码（stream cipher），流密码会用到称为密钥流（keystream）的位流，密钥流随后会与信息结合，产生密文（ciphertext）。为了还原原始信息，接收端会以相同的密钥流处理密文。RC4会利用异或（exclusive OR，简称XOR）运算结合密钥流与密文。如下图所示。

流密码的运作方式通常是先选用一把较短的密钥，通过伪随机数生成器（pseudorandom number generator，PRNG）将之展开为与信息等长的伪随机数密钥流，如下图所示。

2. WEP的加密操作

通信安全有三个主要目的：

• 机密性

  防止数据不受未授权的第三者拦截；

• 完整性

  确保数据没有被修改；

• 真实性

  真实性是所有安全策略的基础，因为数据的可信度部分取决于数据源的可靠性；

WEP的数据处理流程如下图所示：

驱动程序以及接口硬件负责处理数据，然后送出加密过的封包，顺序如下：

1. 802.11帧被放在队列中等待发送。帧由标头（Header）和有效载荷（Payload）组成，根据有效载荷计算出完整性校验值ICV，并放在有效载荷尾部；
2. 随后组装帧加密密钥（或称WEP种子），WEP种子分为两部分：秘钥（secret key）以及初始向量（IV）。添加IV是为了避免出现使用相同密钥流进行加密的情况，802.11并未限制选取IV时非得使用何种算法；
3. 帧加密密钥被当成RC4密钥，用以加密步骤1有效载荷和ICV，整个加密过程通常通过RC4专用电路来完成；
4. 有效载荷加密之后，就可以组装待传的帧。802.11标头与加密过的有效载荷之间插入WEP标头，除了IV，WEP标头中还包含密钥编号，WEP最多允许定义4个密钥。一旦附加上最后的标头，就可以针对真个MAC帧，计算出802.11帧校验码（FCS）。

以上阐述了WEP帧的组装流程，解密的过程刚好相反。一旦使用WEP进行加密，帧主体就会增加8个字节。其中4个字节作为帧主体的IV标头，另外4个字节作为ICV标尾，如下图所示。

IV标头使用3个字节来容纳长度为24位的IV，第四个字节则包含填充位以及密钥标识符（key ID）。数据帧的32位循环冗余校验（CRC）码提供了完整性检查，附加于帧主体之后，同时被RC4保护。

3. 关于WEP的种种问题

1. 手动管理密钥对于变换密钥工作量大；

2. 标准的静态WEP只提供长度为40位的密钥，业界标准所提供的密钥长度最多只达到104位；

3. 一旦重复使用密钥流（keystream），流密码（stream cipher）就容易被识破。可供使用的IV值（24位）并不大，容易重复；

4. 如果不常更换密钥，攻击者就可以采集解密字典（decryption dictionarie），即积累以相同密钥流加密的大量帧，那么破解密钥就指日可待；

5. WEP使用CRC进行完整性检查，CRC并没有密码学上的安全性；

4. 动态WEP

不同于让网络中所有工作站共享一个静态密钥来加密所有帧，动态WEP让网络上所有工作站使用一个密钥来加密广播帧，但个别工作站使用自己的映射密钥来加密单播帧。动态WEP每隔一段时间就会产生并分配新的密钥。