an ninh và b ảo m ật trong wimax

HOÀNG THỊ QUỲNH LAN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

---------------------------------------

HOÀNG THỊ QUỲNH LAN

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
AN NINH VÀ BẢO MẬT TRONG WIMAX

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

KHOÁ: 2010

HÀ NỘI – NĂM 2012


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Trần Viết Nguyên, người đã
luôn quan tâm động viên, giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình thực hiện luận
văn. Sự tận tình, tâm huyết của thầy đã giúp em hoàn thành tốt nghiên cứu của
mình.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô trong Viện Điện tử Viễn thông đã

trang bị cho em kiến thức, kinh nghiệm thực tế và những nhận xét quý báu để em có
khả năng hoàn thành luận văn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình và bạn bè đã dành
nhiều sự quan tâm quý báu, giúp đỡ tận tình cho em trong quá trình làm luận văn và
luôn chia sẻ giải quyết khó khăn, vướng mắc gặp phải.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên

Hoàng Thị Quỳnh Lan

I 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sỹ kỹ thuật "An ninh và bảo mật trong
WiMAX" là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện dưới dự hướng dẫn của TS
Nguyễn Viết Nguyên.
Những số liệu sử dụng trong luận văn được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh
mục tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất cứ
công trình nghiên cứu nào từ trước đến nay.

Hà Nội, ngày 10/04/2012

Hoàng Thị Quỳnh Lan

II 

 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ I
MỤC LỤC ................................................................................................................ III
DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ................................................................ X
MỤC LỤC HÌNH VẼ............................................................................................ XV
MỤC LỤC BẢNG ............................................................................................. XVIII
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1:GIỚI THIỆU MẠNG WIMAX ............................................................. 3
1.1 Công nghệ băng thông rộng không dây ............................................................ 3
1.1.1 Khái niệm về băng thông rộng không dây .................................................... 3
1.1.2 Ưu điểm của mạng băng thông rộng không dây .......................................... 4
1.2 Giới thiệu về WiMAX ......................................................................................... 4
1.2.1 Định nghĩa WiMAX ....................................................................................... 4
1.2.2 Đặc điểm của công nghệ WiMAX ................................................................. 6
1.2.3 Các khái niệm WiMAX cơ bản...................................................................... 8
1.2.4 Băng tần của WiMAX.................................................................................... 9
1.2.5 Các cấu hình hoạt động...............................................................................10
1.2.5.1 Điểm đến điểm (P2P) ............................................................................. 10
1.2.5.1 Điểm đến đa điểm (PMP) ....................................................................... 11
1.2.5.3 Chuyển tiếp đa bước ............................................................................... 12
1.2.5.4 Cấu hình di động .................................................................................... 13
1.2.6 Giới thiệu sự phát triển của các chuẩn IEEE 802.16 liên quan ...............14
1.3 So sánh WiMAX với các công nghệ không dây khác.....................................17

III 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

1.4 Các mô hình triển khai công nghệ WiMAX ..................................................18
1.4.1 Mạng dùng riêng .........................................................................................18
1.4.1.1 Cellular backhaul .................................................................................... 18
1.4.1.2 Wireless Service Provider (WSP) Backhaul .......................................... 19
1.4.1.3 Mạng ngân hàng ..................................................................................... 20
1.4.1.4 Mạng giáo dục ........................................................................................ 20
1.4.1.5 An toàn cho các truy cập công cộng (Public Safety): ............................ 21
1.4.1.6 Thông tin liên lạc xa bờ .......................................................................... 22
1.4.1.7 Các công trình xây dựng mang tính tạm thời ......................................... 23
1.4.1.8 Các khu vực công cộng (Theme Parks) ................................................. 24
1.4.2 Các mạng phục vụ cộng đồng .....................................................................25
1.4.2.1 Mạng truy nhập WSP ............................................................................. 25
1.4.2.2 Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh ........................................ 26
Chương 2:KIẾN TRÚC MẠNG TRUY CẬP WIMAX ......................................28
2.1 Giới thiệu............................................................................................................28
2.2 Mô hình tham chiếu ..........................................................................................28
2.3 Lớp MAC ...........................................................................................................29
2.3.1 Lớp con hội tụ MAC ....................................................................................29
2.3.2 Lớp con phần chung MAC ..........................................................................29
2.3.2.1 Địa chỉ và kết nối.................................................................................... 29
2.3.2.2 Các định dạng MAC PDU ...................................................................... 30
2.3.2.3 Xây dựng và truyền tải MAC PDU ........................................................ 33
2.3.2.4 Cơ cấu ARQ ........................................................................................... 34

2.3.2.5 Truy nhập kênh và QoS .......................................................................... 35

IV 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

2.3.2.6 Các cơ cấu yêu cầu và cấp phát dải thông.............................................. 35
2.3.2.7 Hỗ trợ PHY............................................................................................. 37
2.3.2.8 Vào mạng ............................................................................................... 37
2.3.3 Lớp con bảo mật...........................................................................................38
2.4 Lớp vật lý ...........................................................................................................38
2.4.1 Thông số kỹ thuật WirelessMAN-SC PHY .................................................38
2.4.2 Thông số kỹ thuật WirelessMAN-Sca PHY ................................................39
2.4.3 Thông số kỹ thuật WirelessMAN-OFDM PHY ..........................................40
2.1.3.1 Đặc điểm................................................................................................. 40
2.4.3.2 Symbol OFDM ....................................................................................... 41
2.4.3.3 Cấu trúc khung ....................................................................................... 42
2.4.4 Thông số kỹ thuật WirelessMAN-OFDMA ................................................44
2.4.4.1 Đặc điểm................................................................................................. 44
2.4.4.2 Symbol OFDMA .................................................................................... 44
2.4.4.3 Cấu trúc khung ....................................................................................... 45
2.4.5 Lớp con hội tụ truyền dẫn TC .....................................................................47
Chương 3: VẤN ĐỀ AN NINH VÀ BẢO MẬT TRONG WIMAX ...................48
3.1 Các khái niệm về an ninh mạng .......................................................................48
3.1.1 Các vấn đề về an ninh..................................................................................48
3.1.2 Các cuộc tấn công an ninh ..........................................................................48
3.1.2.1 Tấn công thụ động .................................................................................. 48

3.1.2.2 Tấn công chủ động ................................................................................. 49
3.2 An ninh và bảo mật trong mạng WiMAX ......................................................50
3.2.1 Liên kết an ninh ...........................................................................................51

V 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

3.2.2 Xác thực .......................................................................................................54
3.2.2.1 Mã xác thực tin nhắn băm ...................................................................... 54
3.2.2.2 Các chứng chỉ X.509 .............................................................................. 55
3.2.3 Quản lý khóa và bảo mật .............................................................................57
3.2.3.1 Cấp phép và trao đổi AK ........................................................................ 57
3.2.3.2 Trao đổi PKM TEK ................................................................................ 58
3.2.4 Mã hóa dữ liệu .............................................................................................60
3.2.4.1 DES ........................................................................................................ 61
3.2.4.2 AES ........................................................................................................ 62
3.2.4.3 AES trong chế độ CCM ......................................................................... 62
3.3 Quản lý khóa bảo mật .......................................................................................65
3.3.1 Giao thức quản lý khóa bảo mật phiên bản 1 ............................................65
3.3.1.1 Thủ tục an ninh ....................................................................................... 66
3.3.1.2 Xác thực.................................................................................................. 67
3.3.1.3 Trao đổi khóa.......................................................................................... 69
3.3.1.4 Mã hóa dữ liệu ........................................................................................ 71
3.3.1.5 Các thách thức ........................................................................................ 72
3.3.2 Giao thức quản lý khóa bảo mật phiên bản 2 ............................................73
3.3.2.1 Xác thực lẫn nhau ................................................................................... 73

3.3.3.2 Nguồn gốc khóa cấp phép ...................................................................... 75
3.3.3 Cải tiến các vấn đề an ninh trong WiMAX ................................................77
3.4 Kết luận ..............................................................................................................78
Chương 4: CÁC LỖ HỔNG VÀ MỐI ĐE DỌA TRONG AN NINH WIMAX
VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CÁC VẤN ĐỀ NÀY ................................79

VI 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

4.1 Giới thiệu............................................................................................................79
4.2 Các mối đe dọa trong mạng WiMAX di động ................................................80
4.2.1 Các mối đe dọa lớp PHY..............................................................................80
4.2.2 Các mối đe dọa lớp MAC trong mạng PMP ...............................................80
4.2.3 Các vấn đề an ninh lớp MAC trong mạng Mesh........................................80
4.3 Phân tích các vấn đề bảo mật và các giải pháp khắc phục các lỗ hổng, các
mối đe dọa an ninh WiMAX di động.....................................................................81
4.3.1 Các vấn đề lớp vật lý PHY ...........................................................................81
4.3.1.1 Gây nhiễu ............................................................................................... 81
4.3.1.2 Xáo trộn .................................................................................................. 82
4.3.1.3 Tấn công Water torture........................................................................... 83
4.3.1.4 Tấn công giả mạo ................................................................................... 83
4.3.2 Các vấn đề an ninh lớp MAC trong mạng PMP ........................................83
4.3.2.1 Các cuộc tấn công DoS/Reply trong suốt quá trình MS gia nhập mạng
ban đầu: .............................................................................................................. 83
4.3.2.2 Độ trễ trong suốt quá trình chuyển giao và xác thực trước không được
bảo mật ............................................................................................................... 86

4.3.2.3 Tấn công Downgrade [2]........................................................................ 88
4.3.2.4 Hiệu quả tính toán thuật toán mã hóa ..................................................... 88
4.3.3 Các vấn đề an ninh trong mạng Mesh ........................................................88
4.3.3.1 Tấn công Man-in-middle trong suốt gia nhập mạng ban đầu [3,13]...... 89
4.3.3.2 Tấn công Man-in-Middle trong quá trình xác thực hàng xóm ............... 90
4.3.3.3 Các vấn đề tải mã hóa ............................................................................ 91
4.3.3.4 Giả mạo băng thông ............................................................................... 91

VII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

4.4 Một số lỗ hổng khác được tìm thấy trong chuẩn 802.16e và các giải pháp
khắc phục các vấn đề này .......................................................................................91
4.4.1 Các tin nhắn không được xác thực .............................................................91
4.2.2 Thông tin quản lý không được mã hóa.......................................................95
4.4.3 Chia sẻ khóa trong dịch vụ Broadcast và Multicast ...................................95
4.4.4 Các giải pháp khắc phục các lỗ hổng trên .................................................96
4.5 Kết luận ............................................................................................................100
KẾT LUẬN ............................................................................................................102
Phụ lục I: Các chuẩn 802.16 ..................................................................................ciii
1. Chuẩn 802.16 - 2001 .......................................................................................ciii
2. Chuẩn 802.16a-2003 ....................................................................................... civ
3. Chuẩn 802.16c- 2002 ....................................................................................... cvi
4. Chuẩn 802.16-2004 ......................................................................................... cvi
5. Chuẩn 802.16e ................................................................................................. cvi
5.1 Lớp vật lý .................................................................................................... cvii

5.2 Lớp MAC...................................................................................................cviii
6. Chuẩn IEEE 802.16f ....................................................................................... cix
7. Chuẩn IEEE 802.16i ........................................................................................ cx
8. Chuẩn IEEE 802.16g ....................................................................................... cx
9. Chuẩn IEEE 802.16k ...................................................................................... cxi
10. Chuẩn IEEE 802.16h ...................................................................................cxii
10.1 Cải thiện MAC để cùng tồn tại ............................................................... cxii
11. Chuẩn IEEE 802.16j ...................................................................................cxiii
Phụ lục II: Chứng chỉ X.509................................................................................. cxv

VIII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

Phụ lục III: EAP ................................................................................................... cxvi
Phụ lục IV: RSA ..................................................................................................cxvii
Phụ luc V: Dot16KDF cho PKMv2 ..................................................................cxviii
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... cxix 

IX 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAA

Authentication, Authorization,
and Accounting protocol

Giao thức xác thực, cấp phép và
tính cước

AES

Advanced Encryption Standard

Chuẩn mã hóa cải tiến

AK

Authentication Key

Xác thực khóa, khóa được hoạt
động bởi một BS trong toàn bộ
mạng của SS

AP

Access Point

Điểm truy cập

ARQ

Automatic Repeat Request

Tự động lặp lại yêu cầu

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

BR

Bandwidth Request

Yêu cầu băng thông

BS

Base Station

Trạm cơ sở

CBC

Cipher block Chaining

Mã hóa khối thay đổi

CCM

CTR with CBC message

Đêm tin nhắn CBC

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo mã

CI

CRC indicator

Chỉ số CRC

CID

Connection Identifier

Nhận dạng kết nối

CMAC

cipher based message
authentication code

Mã xác thực tin nhắn thuật toán
mã hóa

CN

Client Node

Nút Client

CPS

Common Part Sublayer

Lớp con phần chung

CRC

Cyclic Redundancy Check

Kiểm tra dư thừa vòng

CS

Convergence part Sublayer

Lớp con hội tụ

CSMA

Carrier Sense Multiple Access

Đa truy cập nhạy sóng mang

CTR

Counter Encryption

Mã hóa đếm

X 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

DES

Data Encryption Standard

Chuẩn mã hóa dữ liệu

DES-CBC

Data Encryption Standard with
Cipher Block Changing

Chuẩn mã hóa dữ liệu với mã hóa
khối thay đổi

DHCP

Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình mạng động

DL

Downlink

Hướng xuống

DoS

Denial -of-Service

Từ chối dịch vụ

EAP

Extensible Authentication
Protocol

Giao thức xác thực mở rộng

EC

Encryption Control

Điều khiển mã hóa

ECC

Elliptic Curve Cryptography

Mã hóa đường Elliptic

EKS

Encryption Key Sequence

Đoạn khóa mã hóa

FDD

Frequency Division Demux

Song công phân chia theo thời
gian tần số

FDM

Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số

EIK

EAP Integrity Key

Khóa toàn vẹn EAP

EKS

Encryption Key Sequence

Chuỗi khóa mã hóa

ErtPS

Extended Real-Time Polling
Service

Dịch vụ hỏi vòng mở rộng thời
gian thực

GMH

Generic MAC Header

Mào đầu MAC chung

GPCS

Generic Packet Convergence
Sublayer

Lớp con hội tụ gói chung

HCS

Header Check Sequence

Đoạn kiểm tra mào đầu

HMAC

Hashed Message Authentication
Code

Mã xác thực tin nhắn băm

HT

Header type

Loại mào đầu

XI 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

Nhóm làm việc IEEE 802.16 làm
việc trên các chuẩn truy cập
không dây băng thông rộng,
thành lập vào nă 1999, mục tiêu
là để chuẩn hóa mạng vùng nội
đô không dây băng thông rộng

IEEE
802.16

IV

Initialization Vector

Vector khởi tạo

KEK

Key Encryption Key

Khóa mã hóa khóa, khóa được sử
dụng để mã hóa khóa lưu lượng

LEN

Length

Chiều dài

LOS

Line Of Sight

Tầm nhìn thẳng

LPF

Local Policy Function

Chức năng chính sách nội bộ

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy cập đa phương
tiện

MAN

Metropolitan Area Network

Mạng khu vực nội đô

MIB

Management Information Base

Quản lý thông tin cơ sở

MIMO

Multi input- Multi Output

Đa đầu vào - đa đầu ra

MIP

Mobile IP

IP di động

MPDU

MAC Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu giao thức MAC

MSDU

MAC Service Data Unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ MAC

MSK

Master Session Key

Khóa phiên tổng thể

NLOS

Non Line Of Sight

Không tầm nhìn thẳng

NMS

Network management System

Hệ thống quản lý mạng

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực
giao

OFDMA

Orthogonal Frequency Division
Multiple Access

Đa truy cập phân chia theo tần số
trực giao

XII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

OSI

Open Systems Interconnection

Quan hệ các hệ thống mở

OSS

Operator Shared Secret

Bảo mật chia sẻ điều hành

PAK

Primary Authorization Key

Khóa cấp phép chính

PHY

Physical layer

Lớp vật lý

PKM

Privacy Key Management
protocol

Giao thức quản lý khóa bảo mật
được định nghĩa trong lớp con

bảo mật WiMAX. Nó bảo vệ bảo
mật của SS hoặc BS thông qua
quá trình trao đổi khóa và xác
thực. Nó có hai phiên bản
PKMv1 và PKMv2

PMK

Pairwise Master Key

Cặp khóa tổng thể

PMP

Point to multipoint

Điểm đến đa điểm

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Khóa dịch pha cầu phương

RSA

Rivest–Shamir–Adleman

Thuật toán Rivest–Shamir–
Adleman cho mã hóa khóa chung

SA

Security Association

Liên kết an ninh

SAP

Service Access Point

Điểm truy cập dịch vụ

SAID

Security Association Identifier

Nhận dạng liên kết an ninh

SDU

Service Data Unit

Đơn vị dữ liệu dịch vụ

SFID

Service Flow Identifier

Nhận dạng luồng dịch vụ

SHA

Secure Hash Algorithm

Thuật toán băm an toàn
SHA tính giá trị băm của 160 bit
(20 byte) của một tài liệu nhị
phân kích thước tùy ý.

SHA-1

SN

Sponsor Node

Nút bảo trợ

SS

Wireless Subscriber Station

Trạm thuê bao không dây

XIII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

TDD

Time Division Duplex

Song công phân chia theo thời
gian

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo thời
gian

TEK

Traffic Encryption Key

Khóa mã hóa lưu lượng, khóa
được sử dụng để mã hóa lưu
lượng WiMAX

TTP

Trusted Third Party

Bên thứ ba tin cậy

UGS

Unsolicited Grant Service

Dịch vụ hỗ trợ không mong
muốn

UL

Uplink

Hướng lên

WiMAX

Worldwide Interoperability for
Microwave Access

Truy cập sóng ngắn tương tác
toàn cầu, một công nghệ được
quy định bởi các chuẩn IEEE
802.16 cho phép truy cập băng
thông rộng không dây dặm cuối
Bộ giao thức được định nghĩa
trong lớp WiMAX MAC. Nó
đảm bảo các kết nối an toàn SS,
BS

WiMAX
security
sublayer

WPKI

Wireless Public Key

Kiến trúc hạ tầng khóa chung
không dây

Infrastructure
X.509

Chuẩn ITU-T cho cơ sở hạ tầng
khóa chung (PKI)

X.509
certificate

Chứng chỉ số kiến trúc theo
hướng dẫn X.509

XOR

exclusive-or

XIV 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Mô hình truy cập băng thông rộng không dây ........................................... 3
Hình 1. 2: Mô hình mạng WiMAX ............................................................................. 5
Hình 1. 3: Đặc điểm công nghệ WiMAX ................................................................... 6
Hình 1. 4: Cấu hình P2P............................................................................................11
Hình 1. 5: Cấu hình PMP ..........................................................................................12
Hình 1. 6: Cấu hình đa bước .....................................................................................13
Hình 1. 7: Cấu hình di động ......................................................................................14
Hình 1. 8: Sự phát triển của các chuẩn IEEE 802.16 ................................................16
Hình 1. 9: Mạng Cellular Backhaul ..........................................................................19
Hình 1. 10: WPS Backhaul .......................................................................................19
Hình 1. 11: Mạng ngân hàng .....................................................................................20
Hình 1. 12: Mạng giáo dục ........................................................................................21
Hình 1. 13: Mô hình an toàn cho các truy nhập công cộng ......................................22
Hình 1. 14: Mô hình sử dụng WiMAX cho thông tin liên lạc xa bờ ........................23
Hình 1. 15: Ứng dụng cho các công trình xây dựng .................................................23
Hình 1. 16: Các khu vực công cộng ..........................................................................24
Hình 1. 17: Mạng truy nhập WSP .............................................................................26
Hình 1. 18: Triển khai ở vùng nông thôn xa xôi hẻo lánh ........................................27
Hình 2. 1: Mô hình tham chiếu và phạm vi của chuẩn WiMAX..............................28
Hình 2. 2: Định dạng MAC PDU ..............................................................................30
Hình 2. 3: Mào đầu MAC chung...............................................................................31
Hình 2. 4: Mào đầu yêu cầu băng thông ...................................................................33

XV 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

Hình 2. 5: Cấu trúc thời gian symbol OFDM. ..........................................................41
Hình 2. 6: Mô tả symbol OFDM miền tần số ...........................................................42
Hình 2. 7: Cấu trúc khung OFDM với TDD .............................................................43
Hình 2. 8: Cấu trúc thời gian symbol OFDMA ........................................................45
Hình 2. 9: Tần số OFDMA (với lược đồ 3 kênh con) ...............................................45
Hình 2. 10: Phân bố thời gian khung TDD (chỉ với miền bắt buộc).........................46
Hình 2. 11: Định dạng TC PDU ................................................................................47
Hinh 3. 1: Dạng tấn công thụ động...........................................................................49
Hinh 3. 2: Dạng tấn công chủ động ..........................................................................49
Hinh 3. 3: Sự tạo thành HMAC ................................................................................55
Hinh 3. 4: Cấp phép PKM .........................................................................................58
Hinh 3. 5: Trao đổi PKM TEK..................................................................................59
Hinh 3. 6: Quá trình mã hóa TEK .............................................................................60
Hinh 3. 7: Mã hóa DES-CBC....................................................................................61
Hinh 3. 8:CCM nonce ...............................................................................................62
Hinh 3. 9: Khối CCM CBC .......................................................................................63
Hinh 3. 10: Khối đếm CCM ......................................................................................63
Hinh 3. 11: Mã hóa và sự tạo thành xác thực tin nhắn AES-CCM ...........................64
Hinh 3. 12:Mã hóa tải AES-CCM .............................................................................65
Hinh 3. 13:Cấu trúc ngăn xếp giao thức của lớp con an ninh. ..................................66
Hinh 3. 14: Xử lý an ninh WiMAX ..........................................................................67
Hinh 3. 15: Quá trình xác thực ..................................................................................69
Hinh 3. 16: Quá trình đưa ra khóa.............................................................................70
Hinh 3. 17: Quá trình trao đổi TEK ..........................................................................71
XVI 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 

 

Hinh 3. 18: Quá trình mã hóa WiMAX MPDU. .......................................................72
Hinh 3. 19: Quá trình cấp phép lẫn nhau giữa SS và BS ..........................................74
Hinh 3. 20: Sự tạo thành AK trong cấp phép dựa vào RSA . ...................................76
Hinh 3. 21: Quá trình tạo thành AK trong cấp phép EAP ........................................77
Hình 4. 1: Thủ tục PKMv2 trong quá trình gia nhập mạng ban đầu.........................84
Hình 4. 2: Gia nhập mạng ban đầu với thỏa thuận khóa D-H [21] ........................... 85
Hình 4. 3: req/resp xác thực với time stamps............................................................ 86
Hình 4. 4: Gia nhập mạng và xác thực của một nút mới .......................................... 90
Hình 4. 5: Yêu cầu/ đáp ứng cấp phép với time stamp ............................................. 90
Hình 4. 6: Các giải pháp có thể để truyền GTEK trong một con đường bảo mật..... 99
Hình 4. 7: Tránh tấn công khóa bằng chuỗi băm GTEK ........................................ 100

XVII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1. 1: Các chuẩn và sửa đổi bổ sung IEEE 802.16 ............................................15
Bảng 1. 2: Đặc điểm của các chuẩn WiMAX ...........................................................16
Bảng 1. 3: Đặc điểm của một số công nghệ không dây ............................................18
Bảng 2. 1: Các trường của mào đầu MAC chung.....................................................31
Bảng 2. 2: Các giá trị có thể của mào đầu MAC chung............................................ 32
Bảng 2. 3: Các trường của mào đầu yêu cầu băng thông .......................................... 33
Bảng 3. 1: Các thành phần của SA dữ liệu...............................................................51
Bảng 3. 2: Các thành phần của các SA cấp phép ...................................................... 53

Bảng 3. 3: Các trường của chứng chỉ X.509 ............................................................. 56
Bảng 3. 4: Các tin nhắn yêu cầu cấp phép và trả lời cấp phép ................................. 75

XVIII 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

LỜI NÓI ĐẦU
Viễn thông là một lĩnh vực phát triển mạnh mẽ, không chỉ gia tăng về mặt dịch vụ
mà vấn đề công nghệ cũng được quan tâm nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của người sử dụng. Nhu cầu cho các dịch vụ băng thông rộng đang ngày càng tăng
theo cấp số nhân. Các giải pháp truyền thống cung cấp truy cập băng thông rộng tốc
độ cao sử dụng công nghệ truy cập có dây, như cáp truyền thống, đường dây thuê
bao kỹ thuật số, Ethernet, và cáp quang. Nó là vô cùng khó khăn và tốn kém để xây
dựng và duy trì các mạng có dây, đặc biệt là ở các vùng nông thôn và vùng sâu
vùng xa, vì lợi nhuận và tiềm năng phát triển ít. WiMAX là cuộc cách mạng truyền
thông băng thông rộng ở các nước phát triển trên thế giới và cầu nối các thiết bị kỹ
thuật số trong các quốc gia đang phát triển. Truy cập băng thông rộng không dây giá
cả phải chăng cho tất cả mọi người là rất quan trọng đối nền kinh tế và xã hội.
WiMAX sẽ cung cấp tất cả các truy cập không dây phù hợp, nâng cao chất lượng
của cuộc sống từ đó dẫn đến cải thiện kinh tế.
Các sản phẩm và các giải pháp truy cập băng thông rộng không dây đã có
một thời gian. Những công nghệ này tập chung chủ yếu vào cung cấp các kết nối
không dây tốc độ cao giữa hai trạm cố định. Các giải pháp kỹ thuật là phụ thuộc vào
tự nhiên và ảnh hưởng xấu khả năng tương tác với sản phẩm truy cập mạng không
dây băng thông rộng và giá thành cao do đó kém hiệu quả trong kinh tế. Các dịch vụ
không dây tốc độ cao đã được tạo ra trước đây thành công trong các mạng cục bộ

với tiêu chuẩn IEEE 802.11 và các sản phẩm tích hợp Wi-Fi.
Tập hợp chuẩn IEEE 802.16 BWA, được biết đến như biết với khả năng
tương tác toàn cầu cho các mục đích truy cập sóng điện từ để cung cấp các giải
pháp BWA được tiêu chuẩn hóa. Ủy ban tiêu chuẩn IEEE đã xuất bản tiêu chuẩn
IEEE 802.16 vào năm 1999 để chuẩn bị các thông số chính thức cho sự phát triển
trên toàn cầu của các mạng thành phố lớn không dây băng thông rộng, được gọi là
MAN không dây. Diễn đàn WiMAX được tạo ra năm 2003, đang xúc tiến thương

1 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

mại của IEEE 802.16. Các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.16 tiếp tục để phát triển và
mở rộng trong khả năng hỗ trợ sự phát triển của WiMAX. Chuẩn IEEE 802.16e
được gọi là Mobile WiMAX được tiêu chuẩn hóa cho người sử dụng di động đến hệ
thống IEEE 802.16.
WiMAX có một cơ sở mạnh của các tiêu chuẩn và ngành công nghiệp hỗ trợ
để cung cấp các đường phát triển mạng của khả năng nó. WiMAX cạnh tranh với
IEEE 802.11 dựa trên công nghệ WLAN, công nghệ Internet băng thông rộng như
đường dây thuê bao số và cáp va các kỹ thuật di động thứ ba. WiMAX sẽ mở rộng
truy cập không dây đến các mạng vùng nội đô. WiMAX cung cấp rất nhiều lợi thế,
như cải thiện hiệu năng và độ bền vững, các mạng dựa theo IP end – to – end, bảo
mật di động và tốc độ băng thông rộng cho thoại, dữ liệu và video, hỗ trợ cho cố
định và các hệ thống di động, mã hóa tương thích và hiệu quả và các kỹ thuật điều
chế, khả năng mở rộng kích thước kênh, các sơ đồ kênh thuê bao, các hệ thống
anten nhiều đầu vào và nhiều đầu ra, và chất lượng dịch vụ. WiMAX cho phép truy
cập mạng băng thông rộng đến bất kỳ nơi nào, thời gian nào và trên bất kỳ thiết bị

nào.
Trong luận văn này sẽ nghiên cứu về an ninh và bảo mật trong WiMAX.
Luận văn này được chia làm 4 chương. Chương 1: Giới thiệu mạng WiMAX. Trong
chương này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về mạng WiMAX. Các cấu hình mạng
WiMAX cũng như mô hình phát triển của mạng WiMAX. Chương 2: Kiến trúc
mạng truy cập WiMAX. Trong chương 2 sẽ cung cấp kiến trúc của mạng truy cập
WiMAX: Gồm kiến trúc lớp MAC và PHY. Chương 3: Các vấn đề an ninh và bảo
mật trong mạng WiMAX. Trong trường này sẽ tập trung vào nghiên cứu các vấn đề
bảo mật trong mạng WiMAX. Chương 4: Các lỗ hổng và mối đe dọa trong an ninh
WiMAX và các giải pháp khắc phục các vấn đề này. Phương pháp nghiên cứu của
luận văn là tìm hiểu tổng quan mạng WiMAX, kiến trúc mạng WiMAX từ đó đi tìm
hiểu các vấn đề về an ninh và bảo mật trong WiMAX.

2 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

Chương 1:GIỚI THIỆU MẠNG WIMAX
1.1 Công nghệ băng thông rộng không dây
1.1.1 Khái niệm về băng thông rộng không dây
Băng rộng không dây là một công nghệ hứa hẹn mang đến những kết nối tốc độ cao
trong không gian. Nó sử dụng sóng vô tuyến để truyền và nhận dữ liệu trực tiếp từ
những người dùng bất cứ khi nào họ muốn. Các công nghệ như 3G, WiFi, hay
WiMAX và UWB sẽ làm việc cùng nhau để đáp ứng nhu cầu duy nhất này của

 

Hình 1. 1: Mô hình truy cập băng thông rộng không dây
khách hàng.Truy nhập không dây băng rộng (BWA) là hệ thống điểm đa điểm được
tạo nên từ các trạm phát sóng cơ sở và các thiết bị của khác hàng như hình 1.1. Hình
này minh họa một trạm phát sóng cơ sở được kết nối với mạng đường trục
(backbone). Thay vì sử dụng các kết nối vật lý giữa các trạm cơ sở và các thuê bao,

3 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

các trạm phát sóng cơ sở sử dụng anten ngoài trời để nhận và gửi dữ liệu, thoại tốc
độ cao tới các thuê bao. Công nghệ này giảm được những yêu cầu về cơ sở hạ tầng
hữu tuyến đồng thời cung cấp những giải pháp mềm dẻo và hiệu quả cho những
chặng cuối.
1.1.2 Ưu điểm của mạng băng thông rộng không dây
− Mạng băng thông rộng không dây hứa hẹn các dịch vụ thoại dữ liệu và truyền
hình tốc độ cao.
− Mạng băng thông rộng không dây có thời gian triển khai nhanh chóng, tốn ít chi
phí hơn các phương pháp truyền thống, không cần phải xây dựng cơ sở hạ tầng
hữu tuyến tốn kém.
− Đưa ra những kết nối ở những chặng cuối, mà DSL hay băng rộng hữu tuyến
không thể đạt tới.
− Thời gian triển khai nhanh hơn, dễ dàng mở rộng hơn, mềm dẻo và linh động
hơn do vậy nó đem lại những dịch vụ thay thế cho những khách hàng vốn không
thỏa mãn với các dịch vụ băng rộng hữu tuyến.
− Vượt qua sự thực thi và độ tin cậy của các mạng hữu tuyến với đường dây thuê
riêng.

− Tạo ra một môi trường cạnh tranh cho sự phát triển các dịch vụ và các sản phẩm
mới. Các đặc tính của BWA sẽ thu hút các công ty các nhà đầu tư vào ngành
công nghiệp băng rộng không dây.
1.2 Giới thiệu về WiMAX
1.2.1 Định nghĩa WiMAX
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) hay IEEE 802.16
wireless microwave access - truy cập vô tuyến sóng viba), tiêu chuẩn kỹ thuật này
được đưa ra từ họ tiêu chuẩn 802.xx đang rất phát triển của IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers). [33]

4 
 


Chương 1: Giới thiệu mạng WiMAX 
 

 

Hình 1. 2: Mô hình mạng WiMAX
IEEE 802.16 Broadband Wireless Metropolitan Area Network (Wireless
MAN) Standard tiêu chuẩn mạng đô thị băng thông rộng không dây cung cấp giải
pháp kết nối băng rộng tới những người dùng cố định và di động do đó nó kinh
tế hơn cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến. Nhóm làm việc IEEE 802.16 trên truy cập
băng thông rộng không dây đang phát triển chuẩn dành cho mạng WMAN với khả
năng ứng dụng trên phạm vi toàn cầu từ tháng 7 năm 1999. Chuẩn IEEE 802.16 liên
quan đến giao tiếp không gian giữa các thuê bao và các trạm phát sóng. Chuẩn
IEEE 802.16 được công bố vào ngày 8 tháng 4 năm 2002. Các chuẩn dành cho
mạng WMAN có thể kết nối các điểm kết nối 802.11 tới Internet và đưa ra giải
pháp truy nhập băng rộng ở những chặng cuối thay thế cho DSL và cáp. Chuẩn

WMAN sẽ hỗ trợ các dịch vụ truy nhập không dây băng rộng tới các tòa nhà, chủ

5 
 


An ninh và bảo mật trong WiMAX 
 

yếu thông qua các anten ngoài trời tới các trạm phát sóng cơ sở. Phạm vi phát sóng
có thể lên tới 50 km và cho phép người sử dụng đạt được kết nối băng thông rộng
mà không cần tầm nhìn thẳng tới các trạm phát sóng.
1.2.2 Đặc điểm của công nghệ WiMAX

 

Hình 1. 3: Đặc điểm công nghệ WiMAX
-

Kiến trúc linh hoạt, mềm dẻo: WiMAX có một vài kiến trúc như Point to
Point dành cho backhaul, Point to Multipoint cho BS (base station) đến SS
(subscriber station). Nếu chỉ có một SS trong mạng WiMAX thì BS sẽ giao
tiếp với SS trên nền tảng Point to Point. Các trạm BS trong mô hình Point to

6