đề tài Giao thức bảo mật wep

HỌC VIỆN CỒNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Page 1

MÔN : BẢO MẬT THÔNG TIN
ĐỀ TÀI :
GIAO THỨC BẢO MẬT WEP









●●●
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :
LÊ PHÚC
●●●

●●●
NHÓM THỰC HIỆN :
1. LÊ ANH DŨNG
2. CAO THỊ THANH NHÀN
3. ĐỖ THỊ TIẾN
4. NGUYỄN THỊ DIỆP TÚ
●●●

GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 2

I. Giới thiệu chung về bảo mật trong wireless
Ngày nay Wireless Lan ngày càng được sử dụng rộng rãi trong cả dân dụng và công
nghiệp. Việc chuyển và nhận dữ liệu của các thiết bị Wireless Lan qua môi trường
không dây nhờ sử dụng sóng điện từ. Do đó cho phép người dùng có cùng kết nối
và dễ dàng di chuyển. Đây cũng là nguyên nhân của nhiều vấn đề bảo mật liên quan
đến Wireless: dữ liệu truyền trên môi trường không dây có thể bị bắt lấy một cách dễ
dàng. Chính vì không có giới hạn về không gian nên tấn công có thể xảy ra ở bất cứ
nơi nào: có thể ở sân bay, hay các văn phòng kế, hay bất cứ nơi nào có thể sử dụng
wireless…. Do đó cần có biện pháp xử lí thích hợp khi sử dụng wireless để truyền
các dữ kiệu quan trọng.
II. Các loại tấn công trong các hệ thống máy tính:
1) Tấn công chủ động:
Là loại tấn công thực hiện thay đổi dữ liệu được gửi hoặc tạo ra luồng dữ liệu không
trung thực. Có thể chia thành các loại tấn công nhỏ sau:
- Giả mạo: được thực hiện bởi chủ thể tấn công bằng cách giả mạo thành một
thực thể khác để thu thập thông tin trong các phiên xác thực và sử dụng để
xâm nhập vào hệ thống.
- Hồi đáp : thực hiện bằng cách bắt dữ liệu một cách thụ động và các gói
truyền lại sau đó để xâm nhập hệ thống.
- Sửa đổi : một hoặc một vài phần của thông tin nguyên thủy được thay đổi
hoặc lưu lại.
2) Tấn công thụ động:
Dạng tấn công này rất nguy hiểm vì nó rất khó bị phát hiện do không để lại dấu vết
sau khi tấn công. Tấn công được thực hiện bằng cách lắng nghe và bắt các gói tin
đang truyền.
3) Tóm lại:

Tất cả các loại tấn công ít nhiều đều gây ảnh hưởng đến tính bảo mật của hệ thống.
Do đó, ngay từ những phiên bản đầu tiên của Wireless Lan vấn đề bảo mật đã được
đặt lên hàng đầu. Bảo mật trong Wireless Lan cung cấp cho người sử dụng các dịch
vụ sau:
- Tin cẩn : bảo vệ dữ liệu truyền trên kênh truyền khỏi các loại tấn công thụ
động nhằm lấy thông tin đươc gửi, được thực hiện thông qua phương pháp
mã hóa.


GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 3

- Kiểm soát truy cập : đảm bảo chỉ những máy được cho phép mới được phép
truy cập vào.
- Xác thực : đảm bảo gói tin được gửi từ các máy cho phép, tức là nó đảm bảo
phía trong phiên truyền không bị giả mạo.
- Toàn vẹn : đảm bỏa tính toàn vẹn của dữ liệu, thông điệp không bị thay đổi
hay nhân bản.
III. Giao thức WEP:
WEP(Wired Equivalent Privacy)nghĩa là bảo mật tương đương mạng có dây(Wire
LAN). Khái niệm này là một phần trong chuẩn IEEE 802.11. Theo định nghĩa, WE P
được thiết kế để đảm bảo tính bảo mật cho mạng không dây đạt mức độ như mạng
nối cáp truyền thống. Đối với mạng LAN (định nghĩa theo chuẩn IEEE 802.3) bảo
mật dữ liệu đường truyền đối với các tấn công bên ngoài được đảm bảo qua biện
pháp giới hạn vật lý, hacker không thể truy suất trực tiếp đến hệ thống đường truyền
cáp. Do đó chuẩn 802.3 không đặt ra vấn đề mã hóa dữ liệu để chống lại các truy
cập trái phép. Đối với chuẩn 802.11, do đặc tính của mạng không dây là không giới
hạn về mặt vật lý truy cập đến đường truyền , bất cứ ai trong vùng phủ sóng đều có
thể truy cập dữ liệu nếu không được bảo vệ do đó vấn đề mã hóa dữ liệu được đặt
lên hàng đầu.
1. Mã hóa trong WEP

WEP mã hóa bằng cách sử dụng thuật toán RC4 để tạo ra một chuỗi giả ngẫu nhiên
từ khóa đã được chia sẻ và qui ước trước đó. Chuỗi giả ngẫu nhiên này sau đó
được X-OR với chuỗi dữ liệu để tạo thành gói mã hóa ở phía phát. Ở phía thu, máy
thu sẽ thực hiện tạo lại chuỗi giả ngẫu nhiên cũng từ khóa dung chung và X-OR
chuỗi này với gói mã hóa để tái tạo lại dữ liệu. Thuật toa
́
n RC4:
RC4 là giải thuật mã hóa đối xứng được thiết kê bởi Ron Rivest (một trong những
người phát minh ra giải thuật mã hóa bất đối xứng RSA) vào năm 1987. RC4 là một
thuật toán mã dòng (Stream cipher), có cấu trúc đơn giản, được ứng dụng trong
bảo mật Web (SSL/TSL) và trong mạng không dây (WEP).

Thuật toán dựa vào hoán vị ngẫu nhiên.Key hòan tòan độc lập với plaintext .Chiều
dài key từ 1 đến 256 bytes (8 đến 2048 bits) được sử dụng để khởi tạo bảng trạng
thái vector S,mỗi thành phần là S[0],S[1],S[2],...Bảng trạng thái được sử dụng để
sinh hoán vị ngẫu nhiên giả và dòng key ngẫu nhiên .Để mã hóa dữ liệu,ta lấy từng
key sinh ra ngẫu nhiên XOR với từng bytes plaintext tạo ra byte ciphertext .Sau
256 bytes,key được lặp lại,Qúa trình tiếp tục,cứ 1 bytes plaintext được XOR cùng 1
key sinh ra ngẫu nhiên tạo thành cirphertext,lần lượt cho đến hết plaintext,tạo thành
một dòng cirphertext truyền đi.


GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 4

Giải mã là quá trình ngược lại của mã hóa,dòng cirphertext sẽ được XOR cùng key
sinh ra ngẫu nhiên,theo cách mã hóa sẽ tạo thành plaintext ban đầu.
Các bước của thuật toán:


1-Khởi tạo bảng vector trạng thái S.

2-Tạo bảng vectơ key với key chọn.
3-Tạo hoán vị của S
4-Sinh key
5-XOR để mã hóa hoặc giải mã
1-Khởi tạo bảng vector trạng thái S:
for (int i=0; i<256;i++){
S[i]=i;}
2-Tạo bảng vector key với key đã chọn
for(int i=0; i<256 ;i++){
T[i]=K[i mod keylen];
}
Trong đó: K là mảng chuỗi chứa key đã chọn.


GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 5

keylen : chiều dài key đã chọn ,nó tùy vào người đem dữ liệu mã
hóa,keylen từ 1 đến 256.
Thuật toán RC4 cho phép chiều dài của khóa thay đổi có thể lên đến 256 bit. Chuẩn
802.11 đòi hỏi bắt buộc các thiết bị WEP phải hỗ trợ chiều dài khóa tối thiểu là 40
bit, đồng thời đảm bảo tùy trọn hỗ trợ cho các khóa dài hơn. Hiện nay đa số các thiết
bị không dây hỗ trợ WEP với 3 chiều dài khóa: 40 bit, 64 bit và 128 bit.

3- Tạo hoán vị của S
int j=0;
for(int i=0 ;i<256;i++){
j=(j+S[i]+T[i])mod 256;
Hoanvi(S[i],S[j]);
4-Sinh key
int i,j =0;

while(true){ //đọc file plaintext hoặc cirphhertext,theo kiểu từng byte
i=(i+1)mod 256;
j=(j+S[i])mod 256;
Hoanvi(S[i],S[j]);
t=(S[i]+S[j])mod 256;
k=S[t];
}
5-Mã hóa hoặc giải mã
Mã hóa : Tại bước 4,ngay khi key vừa sinh ra được XOR với plaintext theo từng
byte được đọc vào.Kết thúc viêc đọc plaintext,thì quá trình mã hóa kết thúc.
Gỉải mã : quá trình này tương tự mã hóa,ta chỉ cần thay plaintext bằng cirphertext



GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 6

Với phương thức mã hóa RC4, WEP cung cấp tính bảo mật và toàn vẹn thông tin
trên mạng không dây, và cũng được xem như là một phương thức kiểm soát truy
cập. Một máy nối mạng không dây muốn truy cập đến Access Point(AP) hoặc muốn
giải mã hoặc thay đổi dữ liệu trên đường truyền cần phải có khóa WEP chính xác.
Tuy nhiên những phát hiện gần đây của giới phân tích an ninh cho thấy rằng nếu bắt
được một số lượng lớn dữ liệu đã mã hóa bằng giao thức WEP và sử dụng công
thức thích hợp có thể dò tìm được chính xác khóa WEP trong thời gian ngắn. điểm
yếu này là do lỗ hổng trong cách thức sử dụng phương pháp mã hóa RC4 của giao
thức WEP.

Giải thuật mật mã:
Mã hóa dữ liệu dựa vào các giải thuật mật mã để làm ngẫu nhiên hóa dữ liệu. Có
hai loại mật mã được sử dụng là mật mã chuỗi và mật mã khối. WEP dùng phương
pháp mật mã chuỗi sử dụng RC4. Cả mật mã chuỗi và mật mã khối đều hoạt động

bằng cách tạo ra chuỗi mã hóa từ một khóa bí mật có sẵn. Sau đó chuỗi mã hóa
được trộn với dữ liệu tạo thành thông điệp mã hóa ở ngõ ra.
Mật mã chuỗi tạo ra chuỗi mã hóa liên tục dựa trên khóa có sẵn. Mật mã chuỗi có
giải thuật ngắn và hiệu quả, không đòi hỏi nhiều tài nguyên xử lí của hệ thống.
Minh họa hoạt động của mật mã chuỗi như sau:


Quá trình mã hóa luôn bắt đầu với thông điệp Plaintext muốn mã hóa.


GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 7

- Bước 1: WEP tạo ra 32 bits kiểm tra CRC (Cyclic Redundance Check) để
kiểm tra toàn bộ thông điệp. WEP gọi đây là giá trị kiểm tra toàn diện (integrity
check bit), giá trị này được nối vào phần đầu của Plaintext
- Bước 2: lấy secret key nối vào phần đầu của IV(initialization vector), sau đó
kết quả này được đưa đến bộ tạo số giả ngẫu nhiên RC4 tạo ra chuỗi mật mã
(keystream). Keystream là chuỗi nhị phân có chiều dài bằng chiều dài của
plaintext cộng với chiều dài CRC.
- Bước 3: X-OR chuỗi plaintext đã có CRC với keystream thu được chuỗi dữ
liệu mã hóa (ciphertext), sau đó thêm IV( không được mã hóa) vào phần cuối
của ciphertext. Quá trình mã hóa dữ liệu hoàn thành.

Mã hóa khung WEP
Hạn chế của giải thuật mật mã là cùng một chuỗi dữ liệu đầu vào thì sẽ cho ra ở ngõ
ra cùng một chuỗi mã hóa. Tính chất này tạo nên một lỗ hổng bảo mật vì máy thứ ba
khi nhận được chuỗi mã hóa có thể suy ngược lại thông tin về dữ liệu ban đầu.
Để khắc phục điều này một số kĩ thuật mã hóa sử dụng Vector khởi động.

 Vector khởi động:

Vector khởi động (IV: Initialization Vector) là một số được thêm vào khóa nhằm mục
đích làm thay đổi chuỗi mã hóa. IV sẽ được nối vào trước khi chuỗi khóa được sinh
ra. Lúc này khóa dùng để mã hóa gồm IV và khóa được chia sẻ bởi các máy.


GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 8

IV KEY
KEY Stream 4567
Ciphertext ABCD
Plaintext Data
cipher
XOR

Mật mã chuỗi dùng vector khởi động.
IV là chuỗi số nhị phân 24 bit.
Một trong những thiếu sót của mật mã RC4 là không xác định rõ cách tao ra IV.
Trong chuẩn 802.11 khuyến khích IV được thay đổi trên mỗi Frame gửi. Bằng cách
thêm vào IV và thay đổi IV sau mỗi Frame bằng cách chọn một số ngẫu nhiên từ 1
đến 16777215, nếu cùng một Frame dữ liệu được gửi đi hai lần, chuỗi mã hóa đầu
ra sẽ khác nhau cho mỗi Frame.
Trường hợp IV lặp lại gọi là IV collision. Bằng cách theo dõi tất cả các gói tin truyền
đi thì hacker có thể phát hiện khi nào IV collision xảy ra. Từ IV giống nhau, hacker có
thể phân tích tìm được keystream dựa trên nguyên tắc : X-OR hai ciphertext với
nhau thì nhận được kết quả giống với việc hai plaintext với nhau.

Tấn công chuỗi khóa.

GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 9

Để tránh lặp lại chuỗi mã hóa với cùng chuỗi dữ liệu, WEP sử dụng 24 bit IV, 24 bit
IV được thêm vào khóa trước khi được xử lý bởi RC4. Hình sau minh họa một
Frame được mã hóa bởi WEP:

IV được thay đổi trên mỗi frame để tránh bị lặp lại. Sự lặp lại IV xảy ra khi cùng một
IV và khóa được sử dụng, kết quả là cùng một chuỗi mã hóa được sử dụng để mã
hóa frame.
Mã hóa WEP chỉ mã hóa phần dữ liệu của Frame truyền và được sử dụng trong quá
trình xác thực Shared Key. WEP mã hóa các trường sau trong frame dữ liệu:
- Phần dữ liệu.
- Giá trị kiểm tra.
Tất cả các trường khác đều được truyền không mã hóa. IV phải được truyền không
mã hóa để máy nhận có thể sử dụng để giải mã dữ liệu và giá trị kiểm tra. Quá trình
mã hóa, gửi, nhận

và giải mã dữ liệu sử dụng WEP:



GIAO THỨC BẢO MẬT WEP Page 10

Plain text Data Frame Key IV
Key Stream
Plain Text Frame
Fragment

Plain Text Frame
Fragment with ICV
Cipher Text Frame
Fragment with ICV
Fragmenter
ICV
WEP
MIXER
(XOR)
Encryption Process

Key
IV
Key Stream
Plain Text Frame
Fragment
Plain Text Frame
Fragment with ICV
Cipher Text Frame
Fragment with ICV
ICV
WEP
MIXER
(XOR)
Discard
Bad
ICV
Frame
Decryption Process

2. Phƣơng pháp xác thực:
Ngoài việc mã hóa, chuẩn 802.11 còn định nghĩa 32 bit đảm bảo tính nguyên vẹn
của frame. 32 bit này cho phép phía nhận biết frame nhận được là nguyên vẹn,
không bị thay đổi. 32 bit này gọi là giá trị kiểm tra (ICV: Integrity Check Value)
ICV được tính trên tất cả các trường của frame sử dụng CRC-32. Phía phát tính giá
trị này và đưa kết quả vào trường ICV, để tránh máy thứ 3 có thể thấy ICV, ICV
cũng được mã hóa bằng WEP. Ở phía thu, frame được giải mã, tính ICV và so sánh
với giá trị ICV trong frame nhận được, nếu hai giá trị này giống nhau thì frame được
coi như là nguyên vẹn, ngược lại, hai giá trị này không giống nhau thì frame sẽ bị
hủy. Mô tả hoạt động của ICV: