chap3WLAN快速切换安全方案.ppt

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1,第三章快速切换安全协议802.11R,2,前言,使用無線電話技術的移動用戶必須能夠從一個AP迅速斷開連接，並重新連接到另一個AP。

這個切換過程中的延遲時間不應該超過50毫秒，因為這是人耳能夠感覺到的時間間隔。

目前802.11網路在漫遊時的平均延遲是幾百毫秒，這直接導致傳輸過程中的斷續，造成連接丟失和語音品質下降。

3,前言,在一個新的接入點上，只有經過切換以後移動設備才可得知是否能獲得足夠的QoS資源，這樣就不可能事先瞭解切換會否帶來滿意的應用性能。

4,解決方案,Client可以停留在現有通道，並使用當前的接入點與其他備選接入點通訊。

這使Client資料流程中斷的可能性降到最小，但客戶無法探測到通過無線電與其他接入點通訊能力的任何細節。

Client也可以直接切換到另一個接入點的通道，這使客戶機可以確定通過無線電與其他接入點通訊的品質，但會造成與當前接入點通訊過程中的一定程度間斷。

5,802.11r概述,802.11r改善了移動的用戶端設備在AP之間移動時的切換過程。

協議允許一個無線AP在實現切換之前，就建立起與新AP之間安全且具備QoS的狀態。

Client可以將現有的接入點作為通向其他接入點的管道，使由於通道改變所引起的通訊中斷最小化。

6,802.11r架構示意圖,7,研究與討論,一些專家認為來自802.11i和802.11k工作的技術將保證50ms範圍內的切換，足以使802.11r變得多餘。

來自802.11k的協議主要可被移動站用於發現在失去連接前應當向哪里移動。

來自802.11i的PMK緩存技術加快安全連接的速度（20ms30ms）。

這些協議可能實現WLAN連接在AP之間的快速、安全、無縫的切換。

8,802.11r：

FastBSSTransition,9,LimitationofFastBSSTransition,AppliesonlytotheSTAAccessPoint（AP）connectionstate.WithinthesameExtendedServiceSet（ESS）,andwillNotapplytotheIndependentBasicServiceSet（IBSS）,10,Definition,pairwisemasterkey（PMK）:

ThePMKmaybederivedfromanExtensibleAuthenticationProtocol（EAP）methodormaybeobtaineddirectlyfromapre-sharedkey（PSK）.pairwisetransientkey（PTK）:

Avaluethatisderivedformthepairwisemasterkey（PMK）,11,Definition（cont.）,FastTransitionInformationElement（FTIE）:

AnInformationElementforenablingfasttransitionsbetweenAPs,whichcarriesresourcereservationandsecuritypolicyinformation.TransitionEnabledAccessPoint（TAP）:

FastBSSTransitionEnabledAccessPoint.TransitionEnabledStation（TSTA）:

Thenon-APstationcapableofexecutingthefastBSStransitionprocedures,asdefinedinthisstandard.,12,Definition（cont.）,MobilityDomain:

AsetofBSSs,withinthesameESS,identifiedbyaMobilityDomainIdentifierthatprovidethefollowingassurancestotheSTA:

（1）FasttransitionispossiblebetweenanytwoBSSsusingeither“overtheDS”or“overtheair”procedures.

（2）CommonkeyinfrastructureisaccessibleatallBSSs.（3）APsinthesamemobilitydomainadvertisethesameMobilityDomainIdentifier.,13,FastBSSTransitionstages,scanning,802.11authentication,re-association,PTKderivation-four-wayhandshake,QoSadmissioncontrol,14,Statedescription,TherearethreestatetransitionsinvolvedwhenaSTAtransitionsfromitscurrentAPtoanewAP:

Discovery:

thestationlocatesanddecidestowhichAPitwilltransition.Resourceestablishment:

thestationmayestablishthatthenewAPwillprovideconnectionresourcesitneedstomaintainactivesessions.Transition:

thestationabandonsthecurrentAPandestablishesaconnectionwithanewAP.,15,FastBSSTransitions,1）BaseFastBSSTransition:

ThismechanismisexecutedwhenaTSTAneedstotransitiontoatargetTAPanddoesNotrequireareservationpriortoitstransition.即在重关联阶段进行资源的分配和其他所需信息的交互。

这种方式适用于AP工作在轻载状态，并且通过Beacon/Probe响应消息获得目标AP的资源状况的场合。

在支持IEEE802.11e的QoS网络中，AP通过Beacon/Probe响应消息中的QBSSIE（信息元素）进行能力告知。

QBSSIE包括3个字段，分别是已经关联的STA数、BSS信道使用情况和允许的接入能力。

16,2）Pre-reservationFastBSSTransition:

ThismechanismisexecutedwhenaTSTAneedsassurancesthattherequiredsecurityandQoSresourcesbeavailablepriortoatransition.预先保留资源方式（Pre-ReservationMechanism），指在重关联阶段之前预先进行资源确认和分配。

这种机制适用于DS架构变化缓慢或者希望通过明确的资源保留来确保的业务QoS的场合。

17,18,

（1）STA暂时断开当前的无线信道，通过其它的无线信道与目标AP2进行通信；

（2）STA通过当前的AP1转发STA的资源请求与目标AP2进行通信。

无论哪种方式，STA和目标AP之间都是通过RRSAP（ResourceRequestServiceAccessPoint）模块进行资源配置。

19,20,802.11r安全问题,IEEE802.11r快速切换认证请求帧和快速切换认证响应帧中，缺少对随机数的认证，因此面临比IEEE802.11i更为严重的DOS攻击。

（1）第一类DOS攻击攻击者可以向AP发送大量快速切换认证请求帧，AP接收到快速切换认证请求帧后，需要进行以下后继操作，包括：

产生及发送Anoce，预计算PTK以及保持一个连接状态等，有可能会使其内存及计算资源耗尽。

产生原因：

快速切换认证请求帧中的随机数没有经过认证就发送，而AP必须接收该消息并进行相应处理。

解决办法：

在快速切换认证请求帧中加入MAC值校验，MAC的密钥可以取为PMKR1和某一单调增加值的运算式。

25,802.11r安全问题,

（2）第二类DOS攻击STA向AP发送快速切换认证请求帧，AP响应一条快速切换认证响应帧，其中包含nonceA，同时计算PTK。

此时攻击者可以假冒STA向AP另发送一条快速切换认证请求帧，AP接收到此消息后，重新发送快速切换认证响应帧，包含nonceA，并重新计算PTK从而导致STA与AP计算的PTK不匹配，致使STA发送的IEEE802.11认证确认帧无法通过验证，从而使STA无法接入网络。

产生原因：

快速切换认证请求帧没有经过认证就发送，而AP必须接收并进行相应处理。

解决办法：

在快速切换认证请求帧中加入MAC值校验，MAC的密钥可以取为PMKR1和某一单调增加值的运算式。

26,802.11r安全问题,（3）第三类DOS攻击STA发送快速切换认证请求帧，其中包含nonceS；攻击者假冒AP发送一条篡改的快速切换认证响应帧，其中包含nonceA，导致STA和AP计算的PTA不匹配，IEEE802.11认证确认帧无法通过验证，使STA无法接入网络。

产生原因：

快速切换认证响应帧中的随机数没有经过认证就发送，而STA必须接收并进行相应处理。

解决办法：

AP应该在快速切换认证响应帧中加入MAC值校验，该MAC的密钥可以取为预计算的PTK。

27,改进认证方案：

1基于MIC认证解决方案,通过在切换请求消息和切换响应消息中加入MIC（MessageIntegrityCode）值进行校验，可以有效解决上述安全问题。

（1）在快速切换认证请求帧中加入MIC值校验,MIC的密钥可以取为PMK和某一单调增加值的运算式,克服第一类和第二类DOS攻击;

（2）AP在快速切换认证响应帧中加入及MIC值校验,该MIC的密钥可以取为预计算的PTK,解决第三类DOS攻击。

28,29,30,Thankyou,