在數(shù)字化時代,WiFi無線通信已經(jīng)是人們日常生活和工作中不可或缺的內容。隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起,各種網(wǎng)絡安全威脅隨著網(wǎng)絡的發(fā)展不斷出現(xiàn)。網(wǎng)絡面臨著不同動機的威脅,隨之而來,我們也面臨著不同類型的攻擊,數(shù)據(jù)篡改、網(wǎng)絡蠕蟲、惡意代碼、中間人攻擊等。如何保障WiFi通信過程數(shù)據(jù)的機密性、完整性和真實性,使用滿足要求的加密手段是最直接、最有效的保障數(shù)據(jù)安全的一種方式。本文將從各WiFi版本在安全通信協(xié)議、數(shù)據(jù)完整性與機密性保障上的演進。
WEP (Wired Equivalent Privacy) - 有線等效加密
對應標準:802.11 (1997), 802.11b, 802.11a, 802.11g
安全通信協(xié)議算法:使用RC4流密碼算法和靜態(tài)密鑰(預共享密鑰,PSK)。
機密性保障:加密密鑰長度最初為64位(40位密鑰+24位初始化向量IV),后來增加到128位(104位密鑰+24位IV)。
數(shù)據(jù)完整性校驗:該算法完整性校驗較弱,用于檢查數(shù)據(jù)包是否被篡改的校驗機制(CRC-32)也是線性的,攻擊者可以同時修改數(shù)據(jù)和校驗值而不會被發(fā)現(xiàn)。
主要漏洞與缺陷:靜態(tài)密鑰:所有用戶共享同一個密鑰,且難以更改。一旦有用戶離開,必須通知所有人更換密鑰,否則安全不保。
初始化向量(IV)太短且明文傳輸: 24位的IV會在短時間內重復使用,攻擊者收集足夠多的數(shù)據(jù)包后,可以利用統(tǒng)計分析方法破解出密鑰。
WPA (Wi-Fi Protected Access) - Wi-Fi保護訪問
對應標準:802.11g (后期), 802.11n (早期)
安全通信協(xié)議算法:TKIP和RC4算法。
機密性保障:動態(tài)生成新的128位密鑰每個數(shù)據(jù)包,解決了WEP靜態(tài)密鑰的問題。
完整性保障:增加了消息完整性檢查(MIC),以防止數(shù)據(jù)篡改。
主要問題:用于檢查數(shù)據(jù)包是否被篡改的校驗機制(CRC-32)也是線性的,攻擊者可以同時修改數(shù)據(jù)和校驗值而不會被發(fā)現(xiàn)。
由于其底層仍然基于RC4,一些與RC4和TKIP實現(xiàn)相關的攻擊方法(如Chop-Chop攻擊)被后續(xù)研究發(fā)現(xiàn),安全性最終被證明不足。
WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2) - 第二代Wi-Fi保護訪問
對應標準:802.11n, 802.11ac, 802.11ax (Wi-Fi 4/5/6)
核心改進:徹底拋棄了不安全的RC4算法,采用了更強大、更安全的AES (Advanced Encryption Standard)塊密碼算法并且要求2006年(之后所有認證的Wi-Fi設備必須支持)
機密性保障:以嚴謹?shù)臄?shù)學證明的方式實現(xiàn)的分組加密算法,并且將加密過程公開,以密鑰安全為核心的機密性保護提供安全性保障。
完整性保護: CCMP模式提供認證(完整性),從根本上解決了WEP和WPA的缺陷。
出現(xiàn)問題:已知漏洞(KRACK攻擊):2017年發(fā)現(xiàn)的KRACK(Key Reinstallation Attacks)攻擊針對的是WPA2的四次握手過程,而非AES算法本身;該攻擊允許攻擊者在路由器和設備之間竊聽數(shù)據(jù),但無法直接破解Wi-Fi密碼;此漏洞可以通過設備端的軟件/固件更新來修補。更新后的設備即可免疫此攻擊。
WPA3 (Wi-Fi Protected Access 3) - 第三代Wi-Fi保護訪問
對應標準:Wi-Fi 6 (802.11ax) 及之后標準的主流配置
核心改進與新特性:
對暴力破解免疫:SAE (Simultaneous Authentication of Equals): 取代了WPA2的四次握手。即使你的密碼很簡單,攻擊者也無法通過離線字典攻擊來破解。他們必須與網(wǎng)絡進行每次交互,而這個過程速率受限且極其緩慢,使得暴力破解變得不切實際。
抗重放攻擊:即使攻擊者今天捕獲了你的加密數(shù)據(jù)流,并且明天破解了你的Wi-Fi密碼,他們也無法解密今天捕獲的舊數(shù)據(jù)。每次會話的加密密鑰都是獨立的。
更簡便的安全連接:對于沒有屏幕的設備(如IoT智能家居設備),可以通過掃描二維碼、NFC等方式輕松安全地連接,稱為Wi-Fi Easy Connect。
增強的企業(yè)級安全:提供等同于192位加密強度的安全套件(WPA3-Enterprise),滿足政府、金融等高安全需求場景。
以EN18031標準的法案向WiFi 無線通信機制中的加密算法提供了明確的規(guī)范和要求,通過采用 WPA3 等先進的加密協(xié)議、強制 HTTPS 加密傳輸、加密存儲用戶數(shù)據(jù)等措施,有效提升了 WiFi 通信的安全性。隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和安全威脅的日益復雜,未來的加密算法將朝著更加安全、高效、適應性強的方向發(fā)展。例如,后量子密碼(PQC)技術有望在未來得到廣泛應用,以應對量子計算機可能帶來的加密破解威脅。同時,加密算法在物聯(lián)網(wǎng)設備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興領域的應用也將不斷拓展和深化,為構建更加安全可靠的網(wǎng)絡環(huán)境提供有力支持。