Nghiên cứu Khoa học
Phương thức chứng thực và mã hóa WEP
Sóng vô tuyến lan truyền trong môi trường mạng có thể bị kẻ tấn công bắt sóng được. Điều này thực sự là mối đe doạ nghiêm trọng. Để bảo vệ dữ liệu khỏi bị nghe trộm, nhiều dạng mã hóa dữ liệu đã dùng. Đôi khi các dạng mã hóa này thành công, một số khác thì có tính chất ngược lại, do đó làm phá vỡ sự an toàn của dữ liệu. Phương thức chứng thực qua SSID khá đơn giản, chính vì vậy mà nó chưa đảm bảo được yêu cầu bảo mật, mặt khác nó chỉ đơn thuần là chứng thực mà chưa có mã hóa dữ liệu. Do đó chuẩn 802.11 đã đưa ra phương thức mới là WEP – Wired Equivalent Privacy.
WEP có thể dịch là chuẩn bảo mật dữ liệu cho mạng không dây mức độ tương đương với mạng có dây, là phương thức chứng thực người dùng và mã hóa nội dung dữ liệu truyền trên mạng LAN không dây (WLAN). Chuẩn IEEE 802.11 quy định việc sử dụng WEP như một thuật toán kết hợp giữa bộ sinh mã giả ngẫu nhiên PRNG – Pseudo Random Number Generator và bộ mã hóa luồng theo kiểu RC4. Phương thức mã hóa RC4 thực hiện việc mã hóa và giải mã khá nhanh, tiết kiệm tài nguyên, và cũng đơn giản trong việc sử dụng nó ở các phần mềm khác.
Phương thức chứng thực của WEP cũng phải qua các bước trao đổi giữa Client và AP, nhưng nó có thêm mã hóa và phức tạp hơn
Hình 1: Mô tả quá trình chứng thực giữa Client và AP
Các bước cụ thể như sau:
Bước 1: Client gửi đến AP yêu cầu xin chứng thực
Bước 2: AP sẽ tạo ra một chuỗi mời kết nối (challenge text) ngẫu nhiên gửi đến Client
Bước 3: Client nhận được chuỗi này này sẽ mã hóa chuỗi bằng thuật toán RC4 theo mã khóa mà Client được cấp, sau đó Client gửi lại cho AP chuỗi đã mã hóa
Bước 4: AP sau khi nhận được chuỗi đã mã hóa của Client, nó sẽ giải mã lại bằng thuật toán RC4 theo mã khóa đã cấp cho Client, nếu kết quả giống với chuỗi ban đầu mà nó gửi cho Client thì có nghĩa là Client đã có mã khóa đúng và AP sẽ chấp nhận quá trình chứng thực của Client và cho phép thực hiện kết nối
WEP là một thuật toán mã hóa đối xứng có nghĩa là quá trình mã hóa và giải mã đều dùng một là Khóa dùng chung - Share key, khóa này AP sử dụng và Client được cấp. Chúng ta làm quen với một số khái niệm sau:
Khóa dùng chung – Share key: Đây là mã khóa mà AP và Client cùng biết và sử dụng cho việc mã hóa và giải mã dữ liệu. Khóa này có 2 loại khác nhau về độ dài là 40 bit và 104 bit. Một AP có thể sử dụng tới 4 Khóa dùng chung khác nhau, tức là nó có làm việc với 4 nhóm các Client kết nối tới nó.
Hình 2: Cài đặt mã khóa dùng chung cho WEP
Vector khởi tạo IV-Initialization Vector: Đây là một chuỗi dài 24 bit, được tạo ra một cách ngẫu nhiên và với gói tin mới truyền đi, chuỗi IV lại thay đổi một lần. Có nghĩa là các gói tin truyền đi liền nhau sẽ có các giá trị IV thay đổi khác nhau. Vì thế người ta còn gọi nó là bộ sinh mã giả ngẫu nhiên PRNG – Pseudo Random Number Generator. Mã này sẽ được truyền cho bên nhận tin (cùng với bản tin đã mã hóa), bên nhận sẽ dùng giá trị IV nhận được cho việc giải mã.
RC4: chữ RC4 xuất phát từ chữ Ron’s Code lấy từ tên người đã nghĩ ra là Ron Rivest, thành viên của tổ chức bảo mật RSA. Đây là loại mã dạng chuỗi các ký tự được tạo ra liên tục (còn gọi là luồng dữ liệu). Độ dài của RC4 chính bằng tổng độ dài của Khóa dùng chung và mã IV. Mã RC4 có 2 loại khác nhau về độ dài từ mã là loại 64 bit (ứng với Khóa dùng chung 40 bit) và 128 bit (ứng với Khóa dùng chung dài 104 bit).
Hình 3: Mô tả quá trình mã hoá khi truyền đi
Khóa dùng chung và vector khởi tạo IV-Initialization Vector (một luồng dữ liệu liên tục) là hai nguồn dữ liệu đầu vào của bộ tạo mã dùng thuật toán RC4 để tạo ra chuỗi khóa (key stream) giả ngẫu nhiên một cách liên tục. Mặt khác, phần nội dung bản tin được bổ xung thêm phần kiểm tra CRC để tạo thành một gói tin mới, CRC ở đây được sử dụng để nhằm kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu (ICV – Intergrity Check Value), chiều dài của phần CRC là 32 bit ứng với 8 bytes. Gói tin mới vẫn có nội dung ở dạng chưa mã hóa (plant text), sẽ được kết hợp với chuỗi các khóa key stream theo thuật toán XOR để tạo ra một bản tin đã được mã hóa – cipher text. Bản tin này và chuỗi IV được đóng gói thành gói tin phát đi.
Dữ liệu được đưa vào kết hợp với chuỗi mã được chia thành các khối (block), các khối này có độ lớn tương ứng với độ lớn của chuỗi mã, ví dụ nếu ta dùng chuỗi mã 64 bit thì khối sẽ là 8 byte, nếu chuỗi mã 128 bit thì khối sẽ là 16 byte. Nếu các gói tin có kích cỡ lẻ so với 8 byte (hoặc 16 byte) thì sẽ được chèn thêm các ký tự “độn” vào để thành số nguyên lần các khối
Bộ tạo chuỗi khóa là một yếu tố chủ chốt trong quá trình xử lý mã hóa vì nó chuyển một khóa bí mật từ dạng ngắn sang chuỗi khóa dài. Điều này giúp đơn giản rất nhiều việc phân phối lại các khóa, các máy kết nối chỉ cần trao đổi với nhau khóa bí mật. IV mở rộng thời gian sống có ích cuả khóa bí mật và cung cấp khả năng tự đồng bộ. Khóa bí mật có thể không thay đổi trong khi truyền nhưng IV lại thay đổi theo chu kỳ. Mỗi một IV mới sẽ tạo ra một seed mới và một sequence mới, tức là có sự tương ứng 1-1 giữa IV và key sequence. IV không cung cấp một thông tin gì mà kẻ bất hợp pháp có thể lợi dụng.
Hình 5: Mô tả quá trình giải mã khi nhận về
Quá trình giải mã cũng thực hiện tương tự như theo các khâu tương tự của quá trình mã hóa nhưng theo chiều ngược lại. Bên nhận dùng Khóa dùng chung và giá trị IV (tách được từ bản tin) làm 2 đầu vào của bộ sinh chuỗi mã RC4. Chuỗi khóa do RC4 tạo ra sẽ kết hợp XOR với Cipher Text để tạo ra Clear Text ở đầu ra, gói tin sau khi bỏ phần CRC sẽ còn lại phần Payload, chính là thông tin ban đầu gửi đi. Quá trình giải mã cũng chia bản tin thành các khối như quá trình
Khi chọn giải pháp an ninh cho mạng không dây, chuẩn 802.11 đưa ra các yêu cầu sau mà WEP đáp ứng được:
- Có thể đưa ra rộng rãi, triển khai đơn giản
- Mã hóa mạnh
- Khả năng tự đồng bộ
- Tối ưu tính toán, hiệu quả tài nguyên bộ vi xử lý
- Có các lựa chọn bổ xung thêm
Lúc đầu người ta tin tưởng ở khả năng kiểm soát truy cập và tích hợp dữ liệu của nó và WEP được triển khai trên nhiều hệ thống, tên gọi của nó đã nói lên những kỳ vọng ban đầu mà người ta đặt cho nó, nhưng sau đó người ta nhận ra rằng WEP không đủ khả năng bảo mật một cách toàn diện.
- Chỉ có chứng thực một chiều: Client chứng thực với AP mà không có chứng thực tính họp pháp của AP với Client
- WEP còn thiếu cơ chế cung cấp và quản lý mã khóa. Khi sử dụng khóa tĩnh, nhiều người dụng khóa dùng chung trong một thời gian dài. Bằng máy tính xử lý tốc độ cao hiện nay kẻ tấn công cũng có thể bắt những bản tin mã hóa này để giải mã ra mã khóa mã hóa một cách đơn giản. Nếu giả sử một máy tính trong mạng bị mất hoặc bị đánh cắp sẽ dẫn đến nguy cơ lộ khóa dùng chung đó mà các máy khác cũng đang dùng. Hơn nữa, việc dùng chung khóa, thì nguy cơ lưu lượng thông tin bị tấn công nghe trộm sẽ cao hơn.
- Vector khởi tạo IV, như đã phân tích ở trên, là một trường 24 bit kết hợp với phần RC4 để tạo ra chuỗi khóa – key stream, được gửi đi ở dạng nguyên bản, không được mã hóa. IV được thay đổi thường xuyên, IV có 24 bit thì chỉ có thể có tối đa 224 = 16 triệu giá trị IV trong 1 chu kỳ, nhưng khi mạng có lưu lượng lớn thì số lượng 16 triệu giá trị này sẽ quay vòng nhanh, khoảng thời gian thay đổi ngắn, ngoài ra IV thường khởi tạo từ giá trị 0, mà muốn IV khởi tạo lại chỉ cần thực hiện được việc reboot lại thiết bị. Hơn nữa chuẩn 802.11 không cần xác định giá trị IV vẫn giữ nguyên hay đã thay đổi, và những Card mạng không dây của cùng 1 hãng sản xuất có thể xẩy ra hiện tượng tạo ra các IV giống nhau, quá trình thay đổi giống nhau. Kẻ tấn công có thể dựa vào đó mà tìm ra IV, rồi tìm ra IV của tất cả các gói tin đi qua mà nghe trộm được, từ đó tìm ra chuỗi khóa và sẽ giải mã được dữ liệu mã hóa.
- Chuẩn 802.11 sử dụng mã CRC để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu, như nêu trên, WEP không mã hóa riêng giá trị CRC này mà chỉ mã hóa cùng phần Payload, kẻ tấn công có thể bắt gói tin, sửa các giá trị CRC và nội dung của các gói tin đó, gửi lại cho AP xem AP có chấp nhận không, bằng cách “dò” này kẻ tấn công có thể tìm ra được nội dung của phần bản tin đi cùng mã CRC.
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC DUY TÂN
Phòng 503 - K7/25 Quang Trung, Tp Đà Nẵng
(0236) 3827111(Ext 503)
feee@duytan.edu.vn
