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無線通信的安全機(jī)制

2007-07-18 09:42 中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào)

導(dǎo)讀:目前,利用安全漏洞犯罪的案件有很多。普華永道公司受英國(guó)貿(mào)易與工業(yè)部委托進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示,英國(guó)去年由于安全問題而導(dǎo)致的損失達(dá)到了180億美元,比兩年前增加了約50%。越來越多的數(shù)據(jù)顯示,無線安全問題造成的損失一直在增長(zhǎng)。越來越多的企業(yè)、用戶已經(jīng)意識(shí)到無線安全問題的嚴(yán)重性。

目前,利用安全漏洞犯罪的案件有很多。普華永道公司受英國(guó)貿(mào)易與工業(yè)部委托進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示,英國(guó)去年由于安全問題而導(dǎo)致的損失達(dá)到了180億美元,比兩年前增加了約50%。越來越多的數(shù)據(jù)顯示,無線安全問題造成的損失一直在增長(zhǎng)。越來越多的企業(yè)、用戶已經(jīng)意識(shí)到無線安全問題的嚴(yán)重性。
 
在無線通信中,主要的安全技術(shù)有兩種,即信息加密技術(shù)和身份認(rèn)證技術(shù)。

由于無線信道是開放的,所以不能依靠信道的安全來保護(hù)信息,必須假設(shè)入侵者可以獲得信道中傳輸?shù)膬?nèi)容,所以要通過加密技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行保護(hù)。由于無線信道的開放性,每個(gè)合法用戶與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)之間沒有固定的線路連接,同時(shí)還要支持全球漫游,所以身份認(rèn)證是一項(xiàng)非常重要的工作。

主流無線技術(shù)的安全機(jī)制

短距離無線通信(包括UWB、藍(lán)牙、RFID等)、無線局域網(wǎng)(WLAN)、無線城域網(wǎng)(WiMAX)、無線廣域網(wǎng)(包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等)的安全標(biāo)準(zhǔn)已陸續(xù)出臺(tái)。

無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)又稱為電子標(biāo)簽技術(shù),是20世紀(jì)90年代興起的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。目前廣泛使用的無源RFID系統(tǒng)還沒有非??煽康陌踩珯C(jī)制,無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行很好的保密。RFID數(shù)據(jù)很容易受到攻擊,主要是因?yàn)镽FID芯片本身以及芯片在讀或?qū)憯?shù)據(jù)的過程中很容易被黑客利用。

藍(lán)牙技術(shù)是一種有關(guān)無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范,以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ),為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別的連接。藍(lán)牙采取的安全機(jī)制適用于對(duì)等通信,即雙方以相同方式實(shí)現(xiàn)認(rèn)證與加密規(guī)程。藍(lán)牙采用的跳頻技術(shù)在一定程度上提供了一道安全保障,同時(shí),藍(lán)牙系統(tǒng)在應(yīng)用層和鏈路層還設(shè)置了較可靠的安全管理機(jī)制。例如,鏈路層使用4個(gè)實(shí)體提供安全性,包括一個(gè)公開的長(zhǎng)度為48bit的藍(lán)牙設(shè)備地址、長(zhǎng)度為128bit的認(rèn)證密鑰、長(zhǎng)度為8bit~128bit的加密密鑰和長(zhǎng)度為128bit的隨機(jī)數(shù)。從這些密鑰的長(zhǎng)度可以看出,藍(lán)牙技術(shù)的安全性還是有保障的。

但是,現(xiàn)有藍(lán)牙安全機(jī)制也存在兩個(gè)主要問題:一是單元密鑰的使用問題,在鑒權(quán)和加密過程中,由于單元密鑰沒有改變,第三方可利用此密鑰來竊取信息;另一個(gè)是藍(lán)牙單元提供的個(gè)人識(shí)別碼(PIN碼)的不安全問題,由于大多數(shù)應(yīng)用中PIN碼是由4位十進(jìn)制數(shù)組成,所以采用窮舉法很容易攻擊成功。

WLAN采用無線通信技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜,并提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)能提供的功能。其安全機(jī)制主要包括以下幾方面。

第一,使用MAC地址訪問列表,每個(gè)無線工作站網(wǎng)卡都具有惟一的物理地址標(biāo)識(shí),因此可以通過手工維護(hù)AP(接入點(diǎn))中的一組允許訪問或不允許訪問的MAC地址列表,實(shí)現(xiàn)物理地址過濾。物理地址過濾屬于硬件認(rèn)證,不是用戶認(rèn)證,如果增加用戶,就需要在MAC地址列表中手工添加用戶的MAC地址。MAC地址列表需要隨時(shí)更新,目前都是采用手工維護(hù)方式。這種方式的擴(kuò)展能力很差,只適用于小型無線網(wǎng)絡(luò)。

第二,采用加密手段。盡管WEP(有線等效加密)已被證明是比較脆弱的,但是采用加密方式比明文傳播還是要安全一些。另外,用戶也可以采用TKIP(臨時(shí)密鑰完整性協(xié)議)技術(shù)替代現(xiàn)有的簡(jiǎn)單WEP加密技術(shù)。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于不需要更換全部硬件設(shè)備,僅僅通過更新驅(qū)動(dòng)程序和軟件就可以實(shí)現(xiàn)。此外,對(duì)于有高安全性要求或大型的無線網(wǎng)絡(luò),VPN(虛擬專用網(wǎng)絡(luò))方案是一個(gè)更好的選擇。

WiMAX是基于IEEE 802.16系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線技術(shù),可以替代現(xiàn)有的有線和DSL連接方式。

目前,IEEE 802.16存在著巨大的安全隱患。WiMAX只能提供單向認(rèn)證,而且密鑰的質(zhì)量不高,還可能產(chǎn)生漏洞。另外,WiMAX還存在管理協(xié)商漏洞,即管理幀協(xié)商交互過程的安全性不夠。

WCDMA、CDMA200以及TD-SCDMA是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主流技術(shù)。其中,WCDMA和TD-SCDMA的安全規(guī)范由3GPP組織制定。CDMA2000的安全規(guī)范由以北美為首的3GPP2組織制定。從算法角度看,3GPP和3GPP2允許將比較弱的加密算法標(biāo)準(zhǔn)化。

在3G中引入無線公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(WPKI)標(biāo)準(zhǔn),其內(nèi)容涉及WPKI的運(yùn)作方式、WPKI如何與現(xiàn)行的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)服務(wù)相結(jié)合等。WPKI中定義了三種不同的通信安全模式。在證書編碼方面,WPKI證書格式盡量減少常規(guī)證書所需的存儲(chǔ)量。

證書編碼的機(jī)制有兩種:一是重新定義一種證書格式,以減少X.509證書的尺寸;二是采用橢圓曲線(ECC)算法,減少證書的尺寸。在相同安全強(qiáng)度下,ECC密鑰的長(zhǎng)度比其他算法的密鑰要短得多。WPKI還在工程任務(wù)組(IETF)公鑰基礎(chǔ)設(shè)施X.509證書(PKIX)中限制了一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)的尺寸。由于WPKI證書是PKIX證書的一個(gè)分支,因此還要考慮與PKI之間的互通性。

但是,3G網(wǎng)絡(luò)在安全性方面仍然不夠完善,如不能防止用戶或網(wǎng)絡(luò)否認(rèn)曾進(jìn)行過的行為,入侵者通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的干擾或?yàn)E用,可導(dǎo)致系統(tǒng)拒絕服務(wù)或系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量降低等。

安全決定商業(yè)化

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,無線網(wǎng)絡(luò)也在向著多樣化、寬帶化、智能化和安全化的方向發(fā)展。其中,安全問題成了無線通信網(wǎng)絡(luò)能否大規(guī)模商業(yè)化的關(guān)鍵點(diǎn)。基于上面的分析可以看出,無線技術(shù)在安全問題上或多或少都存在一些缺陷或漏洞,這使得研究未來無線通信中的安全機(jī)制顯得特別重要。

隨著科技的發(fā)展,攻擊與安全機(jī)制的改進(jìn)幾乎是同步的。為了保證用戶傳輸信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認(rèn)性,要求未來移動(dòng)通信安全機(jī)制向著健壯化、透明化、科學(xué)化和個(gè)性化方向發(fā)展?!?

                               幾種無線技術(shù)的安全機(jī)制比較

鏈 接:無線通信安全機(jī)制的發(fā)展方向

由私鑰密碼體制向混合密碼體制轉(zhuǎn)變是未來無線通信安全機(jī)制的發(fā)展方向之一。

未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)將針對(duì)不同的安全特征和服務(wù),采用私鑰密碼體制和公鑰密碼體制相混合的體制,充分利用這兩種體制的優(yōu)點(diǎn)。

3G的整個(gè)安全體系仍是建立在假定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部絕對(duì)安全的基礎(chǔ)之上,當(dāng)用戶漫游時(shí),核心網(wǎng)絡(luò)之間假定相互信任,鑒權(quán)中心依附于交換子系統(tǒng)。

隨著移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展,終端在不同運(yùn)營(yíng)商甚至異種網(wǎng)絡(luò)之間的漫游也會(huì)成為可能,因此應(yīng)增加核心網(wǎng)之間的安全認(rèn)證機(jī)制。隨著移動(dòng)電子商務(wù)的廣泛應(yīng)用,更應(yīng)盡量減少或避免網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部人員的干預(yù)。未來的安全中心應(yīng)能獨(dú)立于系統(tǒng)設(shè)備,具有開放的接口,能獨(dú)立地完成雙向鑒權(quán)、端到端數(shù)據(jù)加密等功能。

隨著密碼學(xué)的發(fā)展以及移動(dòng)終端處理能力的提高,新的密碼技術(shù),如量子密碼、橢圓曲線密碼以及生物識(shí)別等技術(shù)將在移動(dòng)通信系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。

加密算法和認(rèn)證算法自身的抗攻擊能力更強(qiáng)大,可以保證傳輸信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認(rèn)性。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的安全要體現(xiàn)面向用戶的理念。用戶能自己選擇所要的保密級(jí)別,安全參數(shù)既可由網(wǎng)絡(luò)默認(rèn),也可由用戶設(shè)定。