Jan Kończak

Spis treści

Zabezpieczenia sieci bezprzewodowych

Zabezpieczenia sieci bezprzewodowych

WEP

Pierwsze rozwiązania dotyczące zabezpieczania sieci funkcjonowały pod mylącą nazwą WEP (wired equivalent privacy).

WEP jest słaby kryptograficznie i praktycznie nie zapewnia bezpieczeństwa.

WPA (Wi-Fi Protected Access)

WPA i WPA2

WEP stało się za słabe do zabezpieczania sieci zanim opracowano oficjalny standard IEEE 802.11i mający być jego następcą.

Na podstawie szkicu standardu IEEE 802.11i organizacja Wi-Fi Alliance przyjęła w 2003 roku nowe rozwiązania zapewniające bezpieczeństwo pod nazwą WPA (Wi-Fi Protected Access).

Po przyjęciu ostatecznej wersji standardu IEEE 802.11i w 2004 roku organizacja Wi-Fi Alliance określiła jego rozwiązania jako WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2). Sam standard 802.11i nie używa nazwy WPA2, tylko RSN (Robust Security Network).

WPA i WPA2 nie różnią się od siebie istotnie.

WPA3

Po kilkunastu latach, głównie na skutek odkrycia podatności mechanizmów WPA/WPA2, opracowano i ogłoszono przyjęcie w 2018 roku kolejnej wersji WPA – WPA3.

WPA3 wprowadza istotne zmiany w zabezpieczeniach w porównaniu do WPA2. [1] [2] [3]

Uwierzytelnianie w WPA/2/3

Uwierzytelnianie (authentication) to proces w którym sprawdza się czy osoba podająca się za uprawnioną do łączenia się z siecią jest osobą za którą się podaje.

WPA/2/3 określa dwa profile uwierzytelniania: WPA-Personal i WPA-Enterprise.
WPA3 dodatkowo pozwala tworzyć sieci otwarte (bez uwierzytelniania).

Mechanizmy uwierzytelniania w WPA/2/3:

WPA2	—	PSK
	brak uwierzytelniania	WPA-Personal	WPA-Enterprise
WPA	—	PSK	EAP
WPA3	OWE	SAE

OWE

Od standardu WPA3 możliwe jest tworzenie sieci szyfrowanych bez uwierzytelniania. W takich sieciach do wygenerowania potrzebnych kluczy używa się OWE (RFC 8110), rozwiązania które na bazuje protokole Diffiego-Hellmana.
Protokół DH pozwala wygenerować tajny klucz bez żadnego wspólnego sekretu znanego osobom generującym klucz.

Sieci wykorzystujące OWE są nazywane przez Wi-Fi Alliance Wi-Fi Enhanced-Open

WPA-Personal

PSK (Pre-shared Key), używane przez WPA i WPA2, wymaga znajomości przez klienta i AP wspólnego sekretu – ciągu 256 bitów. Zwykle taki ciąg jest skrótem kryptograficznym z "hasła" o długości od 8 do 63 znaków.

Wady uwierzytelniania WPA-PSK/WPA2-PSK:

podatność na słownikowe ataki offline,
siła zabezpieczenia zależy od siły hasła,
znane (i częściowo niezałatane) podatności, np. KRACK,
znając PSK i słuchając pełnej komunikacji (od nawiązania połączenia) można deszyfrować transmisję.

SAE (Simultaneous Authentication of Equals), używane w WPA3, jest rozwinięciem protokołu Diffiego-Hellmana w którym strony muszą dodatkowo znać wspólny sekret (tworzony z hasła). W SAE podsłuchanie komunikacji nie pozwala poznać tego sekretu, nie pozwala na ataki słownikowe na przechwyconej komunikacji i nie pozwala znając sekret wygenerować klucza z podsłuchanej komunikacji.
Przez brak możliwości dopasowania hasła do przechwyconej komunikacji SAE uznaje się za odporne na ataki słownikowe, stąd nie wprowadzono dolnych ograniczeń na długość hasła.

Matematyczne podstawy działania SAE: https://asecuritysite.com/encryption/dragonfly

Na skutek zignorowania w trakcie tworzenia WPA-3 znanych wcześniej, zgłaszanych i załatanych w innych zastosowaniach podatności wymiany dragonfly(RFC 7664) na ataki czasowe, w niektórych implementacjach WPA3-SAE możliwe jest przeprowadzenie ataków pozwalających odkryć hasło (dragonblood).

WPA-Enterprise

Profil WPA-Enterprise używa mechanizmu wcześniej zdefiniowanego dla sieci przewodowych – 802.1X.
W uwierzytelnianiu biorą udział trzy urządzenia: stacja (suplikant), AP i serwer uwierzytelniający.
Główną cechą WPA/2/3-EAP jest scentralizowane uwierzytelnianie.
Do uwierzytelniania wykorzystywany jest serwer implementujący protokół RADIUS.
Jednym z wiodących implementacji takiego serwera jest FreeRADIUS (przykładowa konfiguracja).
Otwarta dokumentacja dla sieci Eduroam – przykład wdrożenia sfederalizowanego uwierzytelniania: en, pl

W WPA/2/3-EAP, stacja i AP wymieniają się wiadomościami protokołu EAP (opakowanymi w protokół EAPOL).
AP i serwer uwierzytelniający wymieniają się wiadomościami protokołu EAP (opakowanymi w protokół RADIUS).

stacja i AP wymieniają się tożsamościami
AP wysyła żądanie dostępu od stacji do serwera uwierzytelniającego
serwer uwierzytelniający proponuje sposób uwierzytelniania i wysyła za pośrednictwem AP żądanie o dane uwierzytelniające do stacji
stacja za pośrednictwem AP odpowiada serwerowi uwierzytelniającemu¹⁾
serwer uwierzytelniający wysyła do AP zgodę na dostęp (lub odmowę)
AP wpuszcza do sieci stację

Protokół EAP pozwala uzgodnić jeden z wielu dostępnych sposobów uwierzytelniania i przekazać dane uwierzytelniające. Wiadomości protokołu EAP (ani EAPOL) nie są szyfrowane.
Dostępne metody uwierzytelniania to między innymi:

PSK (uwierzytelnianie oparte o pre-shared key) i PWD (uwierzytelnianie oparte o hasło)
TLS (uwierzytelnianie oparte o certyfikat klienta)
przesłanie kolejnych danych uwierzytelniających wewnątrz szyfrowanego tunelu – PEAP, TTLS, FAST, wewnątrz którego można stosować:
- uwierzytelnianie oparte o nazwę użytkownika i hasło
- uwierzytelnianie oparte o certyfikat klienta

WPS

WPS to zbiór rozwiązań mających ułatwiać osobom nietechnicznym korzystanie z zabezpieczeń WPA2-PSK / WPA3-SAE.
Część implementacji WPS (np. pin) nie zapewnia bezpieczeństwa sieci.
Inne (jak np. powszechny dzisiaj push button) są uważane za bezpieczne.

Klucz PMK

W wyniku uwierzytelnienia²⁾ klient i access point generują identyczny klucz PMK (Pairwise Master Key) używany później na potrzeby szyfrowania.

Szyfrowanie w WPA/2/3

Działanie szyfrowania nie zależy od zastosowanego w sieci uwierzytelniania.

Do szyfrowania ramek wysłanych między AP a jednym odbiorcą wykorzystuje się klucz PTK (Pairwise Transient Key). Klucz PTK jest generowany z klucza PMK i powinien być regularnie zmieniany. Stąd szyfrowanie używane w WPA/2/3 określa się jako używający kluczy dynamicznych.

Ramki wysłane przez AP do wielu odbiorców (rozgłoszeniowych bądź multicastowych) są szyfrowane używając klucza GTK (group temporal key), klucza generowanego przez AP, regularnie zmienianego i wysłanego klientom.

Wszystkie klucze używane do szyfrowania są symetryczne.

Podłączone stacje muszą na żądanie AP zmieniać klucze szyfrujące na karcie sieciowej.

Do generowania kluczy i szyfrowania można używać algorytmów:

TKIP (wymagane wsparcie w WPA, opcjonalnie wspierane w WPA2, zabronione w WPA3)
CCMP (AES) (opcjonalnie wspierane w WPA, wymagane wsparcie w WPA2 i WPA3)
GCMP (wprowadzone w WPA3)

Klucze używane do szyfrowania mają długość 128, 192 bądź 256 bitów.

Zabezpieczenie ramek zarządzających

Dostępny do dawna, ale wymagany dopiero w WPA3 i od tego momentu powszechnie implementowany standard 802.11w wymaga zabezpieczania ramek zarządzających, co zapobiega podrabianiu ramek m. inn. rozłączających klienta od AP(deauth attack).

Zabezpieczenie polega na szyfrowaniu (ramki do jednego odbiorcy) lub kryptograficznym podpisywaniu (ramki do wielu odbiorców) ramek przez ich nadawcę

(Stare) linki

WEP, WPA{,2,3} dobrze opisuje artykuł: https://www.nastykusieci.pl/wpa3/ i https://www.cyberbajt.pl/raport/377/0/378/

¹⁾ lub żąda innego sposobu uwierzytelniania, co cofa proces do poprzedniego kroku

²⁾ każdego – zarówno PSK, EAP, OWE, SAE jak i EAP