Vấn Đề An Ninh Đối Với Mạng Không Dây Theo Chuẩn 802.11

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet vấn đề an ninh đối với mạng không dây theo chuẩn 802 11, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Người hướng dẫn: Pgs. Nguyễn Đình Việt
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Vấn Đề An Ninh Đối Với Mạng Không Dây Theo Chuẩn 802.11
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MẠNG LAN KHÔNG DÂY VÀ CHUẨN 802.
• 1.1. Các đặc trưng kỹ thuật chủ yếu của mạng WLAN
• 1.2. Phân loại mạng không dây
• 1.3. Lớp điều khiển truy cập môi trường truyền
• 1.4. Giao thức truy cập CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)
• 1.5. Chức năng cộng tác phân tán (DCF) sử dụng CSMA/CA
• 1.6. Chức năng cộng tác phân tán sử dụng các gói tin điều khiển RTS/CTS
• 1.7. Chức năng cộng tác theo điểm (PCF) sử dụng việc hỏi vòng (polling)
• 1.8. Tầng con MAC
• 1.9. Kiến trúc mạng không dây
• 1.10. Quá trình kết nối giữa các trạm và điểm truy cập
• 1.11. Tổng kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢO MẬT CHO MẠNG WLAN 802.
• 2.1. Cấu trúc khung tin WEP
• 2.2. Véc-tơ khởi tạo IV (Initialization Vector)
• 2.3. Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn ICV (Integrity Check Value)
• 2.4. Thuật toán RC4
• 2.5. Thuật toán lập danh mục khóa
• 2.6. Thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên
• 2.7. Ví dụ về quá trình tạo khóa
• 2.8. Điểm mạnh và điểm yếu của thuật toán RC4
• 2.9. Đánh giá các điểm yếu của WEP
• 2.10. Không an toàn với mọi kích thước bất kỳ của khóa
• 2.11. Sự không an toàn của 802.11 sử dụng WEP
• 2.12. Chuẩn an ninh IEEE 802
• 2.13. Cấu trúc khung tin
• 2.14. Véc tơ khởi tạo
• 2.15. Quá trình mã hóa/giải mã
• 2.16. Mã kiểm tra toàn vẹn Michael
• 2.17. Quá trình hoạt động của TKIP
• 2.18. Chế độ đếm kết hợp CBC-MAC (CCM)
• 2.19. Quá trình hoạt động của CCMP
• 2.20. Cây phân cấp khóa
• 2.21. Sinh khóa và phân phối khóa
• 2.22. Mạng hỗn hợp
• 2.23. Các pha hoạt động của RSN
• 2.24. Những điểm yếu an ninh của 802.
• 2.25. Xác thực trong WLAN 802.
• 2.26. Xác thực trong chuẩn 802.
• 2.27. Xác thực dựa trên địa chỉ MAC
• 2.28. So sánh, đánh giá các cơ chế bảo mật trong WLAN
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TẤN CÔNG MẠNG LAN KHÔNG DÂY
• 3.1. Phương pháp tấn công bị động
• 3.2. Phương pháp tấn công chủ động
• 3.3. Phương pháp tấn công theo kiểu gây tắc nghẽn
• 3.4. Phương pháp tấn công bằng cách thu hút
• 3.5. Các phương pháp bảo vệ
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM TẤN CÔNG MẠNG WLAN SỬ DỤNG WEP
• 4.1. Cơ sở thực tiễn
• 4.2. Cài đặt phần cứng và phần mềm
• 4.3. Cài đặt Access Point
• 4.4. Cài đặt mạng cho thiết bị Clients
• 4.5. Cài đặt cho máy tính kết nối có key với Access Point
• 4.6. Cài đặt cho máy dùng để lấy khóa WEP
• 4.7. Các bước thực hiện
• 4.8. Các vấn đề khó khăn
• 4.9. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC
• Phụ lục 1: Danh sách các thẻ mạng theo chuẩn 802.11b/g/n được Commview hỗ trợ
• Phụ lục 2: Danh sách các thẻ mạng theo chuẩn 802.11a/b/g được Commview hỗ trợ
• Phụ lục 3: Danh sách các thẻ mạng theo chuẩn 802.11b cũ được Commview hỗ trợ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về An Ninh Mạng Không Dây Theo Chuẩn 802

Mạng không dây theo chuẩn 802.11 đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc đảm bảo an ninh cho các mạng này là vô cùng quan trọng. Chuẩn 802.11 cung cấp nhiều phương thức truyền tải dữ liệu, nhưng cũng đồng thời tạo ra nhiều thách thức về bảo mật. Bài viết này sẽ đi sâu vào các vấn đề an ninh mạng không dây và các giải pháp khả thi.

1.1. Tổng quan về chuẩn 802.11 và mạng không dây

Chuẩn 802.11 được phát triển bởi IEEE, cung cấp các phương thức truyền tải dữ liệu không dây. Mạng không dây cho phép người dùng kết nối mà không cần dây dẫn, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt. Tuy nhiên, sự mở rộng này cũng kéo theo nhiều vấn đề về an ninh.

1.2. Tính năng và ứng dụng của mạng không dây

Mạng không dây có tính di động cao, cho phép người dùng kết nối từ bất kỳ đâu trong vùng phủ sóng. Ứng dụng của mạng không dây rất đa dạng, từ văn phòng đến các khu vực công cộng như quán cà phê, sân bay.

II. Thách Thức An Ninh Mạng Không Dây Theo Chuẩn 802

Mặc dù mạng không dây mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức về an ninh. Các vấn đề như tấn công từ bên ngoài, xâm nhập trái phép và mất dữ liệu là những mối đe dọa nghiêm trọng. Việc hiểu rõ các thách thức này là bước đầu tiên để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Các loại tấn công phổ biến trong mạng không dây

Các tấn công phổ biến bao gồm tấn công WEP, tấn công từ chối dịch vụ (DoS) và tấn công giả mạo địa chỉ MAC. Những tấn công này có thể gây ra thiệt hại lớn cho hệ thống và dữ liệu.

2.2. Vấn đề bảo mật trong giao thức 802.11

Giao thức 802.11 có nhiều điểm yếu, đặc biệt là trong việc mã hóa và xác thực. Việc sử dụng WEP đã bị chỉ trích vì tính bảo mật kém, dẫn đến việc phát triển các giao thức mới như WPA và WPA2.

III. Giải Pháp An Ninh Mạng Không Dây Theo Chuẩn 802

Để bảo vệ mạng không dây, cần áp dụng các giải pháp bảo mật hiệu quả. Các phương pháp này không chỉ giúp ngăn chặn các tấn công mà còn bảo vệ dữ liệu và thông tin cá nhân của người dùng.

3.1. Sử dụng mã hóa mạnh mẽ

Mã hóa là một trong những phương pháp bảo mật quan trọng nhất. Sử dụng các giao thức như WPA2 với AES giúp bảo vệ dữ liệu khỏi các tấn công từ bên ngoài.

3.2. Triển khai xác thực mạnh mẽ

Xác thực người dùng là một yếu tố quan trọng trong bảo mật mạng không dây. Sử dụng các phương pháp xác thực như 802.1X giúp đảm bảo rằng chỉ những người dùng hợp lệ mới có thể truy cập vào mạng.

3.3. Quản lý mạng và giám sát an ninh

Quản lý mạng không dây cần được thực hiện thường xuyên để phát hiện và ngăn chặn các mối đe dọa. Việc sử dụng các công cụ giám sát giúp theo dõi hoạt động của mạng và phát hiện các hành vi bất thường.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu Về An Ninh Mạng Không Dây

Nghiên cứu về an ninh mạng không dây theo chuẩn 802.11 đã chỉ ra rằng việc áp dụng các giải pháp bảo mật có thể giảm thiểu rủi ro. Các ứng dụng thực tiễn cho thấy rằng việc bảo vệ mạng không dây là khả thi và cần thiết.

4.1. Các nghiên cứu điển hình về bảo mật mạng không dây

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các giải pháp bảo mật như WPA2 đã giúp giảm thiểu đáng kể các tấn công vào mạng không dây. Các tổ chức đã ghi nhận sự cải thiện rõ rệt trong an ninh mạng.

4.2. Kết quả thực nghiệm về an ninh mạng không dây

Các thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng các phương pháp bảo mật hiện đại có thể ngăn chặn hiệu quả các tấn công phổ biến. Điều này chứng tỏ rằng đầu tư vào an ninh mạng là cần thiết.

V. Kết Luận và Tương Lai Của An Ninh Mạng Không Dây

An ninh mạng không dây theo chuẩn 802.11 là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng. Với sự gia tăng của các mối đe dọa, việc cải thiện các giải pháp bảo mật là điều cần thiết. Tương lai của an ninh mạng không dây sẽ phụ thuộc vào khả năng thích ứng với các công nghệ mới và các phương pháp bảo mật tiên tiến.

5.1. Xu hướng phát triển trong an ninh mạng không dây

Các xu hướng như IoT và 5G đang tạo ra nhiều thách thức mới cho an ninh mạng không dây. Cần có các giải pháp bảo mật mới để đối phó với những thách thức này.

5.2. Tầm quan trọng của giáo dục và nâng cao nhận thức

Giáo dục và nâng cao nhận thức về an ninh mạng là rất quan trọng. Người dùng cần được trang bị kiến thức để bảo vệ bản thân và dữ liệu của họ trong môi trường mạng không dây.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Kể từ khi tổ chức IEEE chính thức ban hành chuẩn 802.11 vào năm 1997 với tốc độ ban đầu từ 1 Mbps đến 2 Mbps trên dải tần 2,4 GHz, công nghệ mạng cục bộ không dây (WLAN) đã phát triển vượt bậc. Sự ra đời của các chuẩn tiếp nối như 802.11b năm 1999 (đạt tốc độ 11 Mbps) và 802.11g năm 2003 (đạt tốc độ 54 Mbps) đã đưa mạng không dây trở thành hạ tầng kết nối thiết yếu trong các cơ quan, viện nghiên cứu và doanh nghiệp. Tuy nhiên, do đặc thù truyền dẫn sóng vô tuyến đẳng hướng trong phạm vi phủ sóng dưới 200 mét, môi trường truyền thông không dây hoàn toàn mở đối với mọi thiết bị thu phát. Thực tế này làm nảy sinh các nguy cơ nghiêm trọng về rò rỉ dữ liệu, giả mạo danh tính và tấn công từ chối dịch vụ.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ thông tin của tác giả Phan Hữu Trung, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Đình Việt tại Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội (bảo vệ năm 2008), tập trung giải quyết bài toán an ninh then chốt trên mạng WLAN 802.11. Nghiên cứu đi sâu phân tích toàn diện các lỗ hổng mật mã của giao thức bảo mật ban đầu Wired Equivalent Privacy (WEP), làm rõ cơ chế nâng cấp của Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) và chuẩn mã hóa tiên tiến Counter Mode with CBC-MAC Protocol (CCMP) thuộc chuẩn IEEE 802.11i. Đồng thời, tác giả thực hiện kiểm thử xâm nhập thực tế trong môi trường phòng thí nghiệm tại Hà Nội trong giai đoạn 2007 - 2008.

Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc chứng minh cơ chế WEP 64-bit và 128-bit có thể bị vô hiệu hóa hoàn toàn trong thời gian dưới 15 phút khi kẻ tấn công thu thập đủ 50.000 đến 100.000 gói tin chứa véc-tơ khởi tạo. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học xác đáng để các tổ chức chuyển đổi hạ tầng sang chuẩn an ninh IEEE 802.11i, giúp giảm thiểu tới 99% rủi ro xâm nhập mạng nội bộ trái phép.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng mô hình tham chiếu OSI, tập trung vào hai tầng thấp nhất là tầng Vật lý (PHY) và tầng con Điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC) thuộc chuẩn IEEE 802.11. Về mặt lý thuyết mật mã, công trình kết hợp nguyên lý mật mã học dòng đối xứng RC4 và mật mã học khối tiêu chuẩn AES (Rijndael).

Bốn khối khái niệm cốt lõi được tác giả hệ thống hóa bao gồm:

• Cơ chế đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột (CSMA/CA) kết hợp hàm phối hợp phân tán (DCF), hàm phối hợp điểm (PCF) và giao thức trao đổi khung tin điều khiển RTS/CTS nhằm xử lý triệt để hiện tượng trạm ẩn (Hidden Terminal) và trạm lộ (Exposed Terminal).
• Cơ chế bảo mật WEP sử dụng thuật toán lập danh mục khóa (KSA) tạo mảng hoán vị 256 giá trị, thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên (PRGA), véc-tơ khởi tạo (IV) 24-bit và mã kiểm tra tính toàn vẹn (ICV) dựa trên đa thức CRC-32.
• Chuẩn an ninh IEEE 802.11i với hai giao thức trọng tâm: TKIP mở rộng IV lên 48-bit kết hợp thuật toán băm Michael (MIC 64-bit) và CCMP sử dụng thuật toán mã hóa khối AES với độ dài khóa 128-bit ở chế độ đếm (CTR) kết hợp mã xác thực thông điệp CBC-MAC.
• Kiến trúc mạng an toàn ổn định (RSN) với cây phân cấp khóa cặp bắt nguồn từ khóa cặp chính (PMK 256-bit) và cây phân cấp khóa nhóm bắt nguồn từ khóa nhóm chính (GMK 128-bit).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích thực nghiệm mật mã học (cryptanalysis) kết hợp thu thập và giám sát gói tin thời gian thực. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 150.000 khung tin dữ liệu và gói tin ARP được tạo ra từ 4 trạm máy khách (clients) kết nối đồng thời tới 1 Điểm truy cập (Access Point) chuẩn 802.11b/g.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu xác suất phân tầng theo luồng lưu lượng mạng (traffic stream sampling). Cách tiếp cận này đảm bảo tập dữ liệu bao quát đầy đủ các dạng khung tin quản lý, khung tin điều khiển và khung tin dữ liệu payload trong điều kiện mạng hoạt động bình thường lẫn khi chịu tải cao.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm là nhằm kiểm chứng trực tiếp tính khả thi của thuật toán tấn công FMS (Fluhrer-Mantin-Shamir) và kỹ thuật tiêm gói tin (traffic injection) trên nền tảng hệ điều hành Windows XP. Tác giả sử dụng card mạng không dây chuyên dụng được nạp driver CommView for WiFi kết hợp bộ công cụ kiểm thử Aircrack-ng (airodump-ng, aireplay-ng, aircrack-ng). Quá trình thu thập dữ liệu và phân tích mã khóa được tiến hành liên tục trong 6 tháng của năm 2008 để đảm bảo độ tin cậy và tính lặp lại của kết quả thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích lý thuyết và thực nghiệm tấn công đã làm sáng tỏ 4 phát hiện quan trọng:

• Không gian véc-tơ khởi tạo IV của WEP quá nhỏ và dễ xảy ra xung đột: Với độ dài 24-bit, không gian IV chỉ đạt 16.777.216 giá trị. Trên đường truyền 802.11b tốc độ 11 Mbps phát trung bình 500 khung tin/giây, không gian IV bị sử dụng hết sau khoảng 9 giờ. Khi có từ 3 đến 5 trạm truyền dữ liệu đồng thời, thời gian xảy ra hiện tượng trùng lặp IV giảm mạnh từ 66% đến 80%, chỉ còn khoảng 1,8 đến 3 giờ.
• Thuật toán RC4 chứa 256 khóa yếu, tạo điều kiện bẻ khóa WEP nhanh chóng: Khi thực hiện tấn công FMS kết hợp bơm gói tin ARP lặp lại, kẻ tấn công chỉ cần thu thập từ 50.000 đến 100.000 gói tin IV để khôi phục hoàn toàn khóa WEP 64-bit trong thời gian từ 7 đến 12 phút với tỷ lệ chính xác 100%. Đối với khóa WEP 128-bit, thời gian dò tìm hoàn tất trong dưới 25 phút khi thu thập đủ khoảng 200.000 đến 300.000 gói tin IV.
• TKIP nâng cao độ an toàn thông qua IV 48-bit và cơ chế Michael: TKIP mở rộng không gian IV lên 281 nghìn tỷ giá trị, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ lặp IV trong suốt thời gian sống của một phiên khóa. Thuật toán Michael cung cấp mã MIC 64-bit với cơ chế phản ứng Michael Countermeasure: nếu phát hiện 2 gói tin sai mã MIC trong vòng 60 giây, hệ thống lập tức ngắt kết nối trong 60 giây tiếp theo, kéo dài thời gian tấn công giả mạo từ 2,2 phút lên tới hơn 6 tháng (tương đương 2 mũ 18 phút).
• Giao thức CCMP loại bỏ hoàn toàn các nguy cơ an ninh của WEP: Nhờ ứng dụng thuật toán AES-128 và cơ chế CBC-MAC bảo vệ toàn diện cả phần thân dữ liệu lẫn trường tiêu đề xác thực bổ sung (AAD), CCMP giảm tỷ lệ giả mạo và nghe lén dữ liệu xuống 0% trong mọi kịch bản thử nghiệm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi khiến WEP thất bại trong việc bảo vệ dữ liệu nằm ở việc tái sử dụng khóa tĩnh và tính chất tuyến tính của thuật toán kiểm tra dư vòng CRC-32. Khi hai gói tin sử dụng cùng một giá trị IV, phép toán XOR giữa hai bản mã sẽ triệt tiêu hoàn toàn khóa dòng, làm lộ thông tin bản rõ. Đồng thời, tính chất tuyến tính của CRC-32 cho phép kẻ tấn công chỉnh sửa nội dung gói tin và tính toán lại giá trị kiểm tra tính toàn vẹn mà không cần biết khóa bí mật.

Dữ liệu thực nghiệm của nghiên cứu có thể được tổng hợp trực quan thông qua bảng đối sánh kỹ thuật giữa ba thế hệ bảo mật:

Tiêu chí an ninh	Giao thức WEP	Giao thức TKIP	Giao thức CCMP
Thuật toán mã hóa	RC4 (dòng đối xứng)	RC4 (trộn khóa 2 pha)	AES (khối đối xứng)
Độ dài khóa mã hóa	40-bit hoặc 104-bit	128-bit (khóa phiên)	128-bit
Kích thước véc-tơ khởi tạo	24-bit (16,7 triệu giá trị)	48-bit (281 nghìn tỷ giá trị)	48-bit (Packet Number)
Kiểm tra toàn vẹn dữ liệu	ICV (dựa trên CRC-32)	MIC (thuật toán Michael)	CBC-MAC (bảo vệ cả AAD)
Khả năng chống tấn công Replay	Không hỗ trợ	Có (dựa trên bộ đếm TSC)	Có (dựa trên bộ đếm PN)
Thời gian bẻ khóa thực nghiệm	7 - 25 phút	Không khả thi trên thiết bị	Hoàn toàn an toàn

Bên cạnh bảng tổng hợp, mối quan hệ giữa số lượng gói tin IV thu thập và xác suất dò khóa thành công có thể được mô tả bằng biểu đồ đường tăng trưởng dốc đứng: xác suất giải mã khóa WEP chỉ đạt khoảng 15% khi thu thập 30.000 gói tin, nhưng tăng vọt lên 85% ở mốc 70.000 gói tin và đạt tuyệt đối 100% khi số lượng gói tin vượt qua ngưỡng 95.000.

Kết quả thực nghiệm này hoàn toàn tương đồng với các công bố lý thuyết của Jesse Walker tại tập đoàn Intel vào năm 2000 và nghiên cứu của Borisov, Goldberg cùng Wagner tại Đại học California ở Berkeley năm 2001. Điểm đóng góp nổi bật của luận văn là chứng minh quy trình tấn công thu thập khóa WEP có thể triển khai thành công, mượt mà trên nền tảng hệ điều hành Windows XP phổ dụng thay vì chỉ giới hạn trên các bản phân phối Linux chuyên biệt.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết luận rút ra từ quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, tác giả đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm củng cố an ninh cho mạng không dây:

• Loại bỏ hoàn toàn giao thức WEP trên toàn bộ hạ tầng mạng và chuyển dịch sang chuẩn IEEE 802.11i với giao thức CCMP/AES-128. Mục tiêu: Đạt tỷ lệ 100% các điểm truy cập và thiết bị đầu cuối sử dụng mã hóa khối AES, loại bỏ triệt để nguy cơ bị trích xuất khóa qua kỹ thuật sniffing. Thời gian thực hiện: Hoàn thành trong vòng 90 ngày. Chủ thể thực hiện: Đội ngũ Quản trị mạng và An toàn thông tin doanh nghiệp.
• Triển khai hệ thống xác thực tập trung IEEE 802.1X/EAP kết hợp máy chủ RADIUS/AAA để quản lý truy cập người dùng thay cho cơ chế khóa chia sẻ tĩnh. Mục tiêu: Giảm thiểu 95% rủi ro xâm nhập nội bộ trái phép và tự động xoay vòng khóa phiên PMK 256-bit định kỳ sau mỗi 3.600 giây (1 giờ). Thời gian thực hiện: 45 ngày kể từ khi phê duyệt phương án kỹ thuật. Chủ thể thực hiện: Kỹ sư Quản trị Hệ thống.
• Thiết lập hệ thống phát hiện và ngăn chặn xâm nhập không dây (WIDS/WIPS) chuyên dụng trên hai dải tần 2,4 GHz và 5 GHz. Mục tiêu: Phát hiện các khung tin hủy xác thực (deauthentication), hủy liên kết (disassociation) và các điểm truy cập giả mạo (Rogue AP) trong thời gian dưới 30 giây kể từ khi cuộc tấn công bắt đầu. Thời gian thực hiện: Triển khai liên tục và tổ chức kiểm toán bảo mật định kỳ 90 ngày một lần. Chủ thể thực hiện: Chuyên viên Trung tâm Giám sát An ninh mạng (SOC).
• Ban hành chính sách kiểm soát mật khẩu khóa tiền chia sẻ (WPA2-PSK) nghiêm ngặt với độ dài tối thiểu từ 20 đến 63 ký tự ngẫu nhiên, bao gồm chữ hoa, chữ thường, chữ số và ký tự đặc biệt. Mục tiêu: Tăng không gian khóa lên hơn 2 mũ 128 tổ hợp, ngăn chặn 100% các cuộc tấn công giải mã vét cạn và tấn công theo từ điển ngoại tuyến. Thời gian thực hiện: Áp dụng bắt buộc trong vòng 15 ngày. Chủ thể thực hiện: Giám đốc Công nghệ Thông tin (CIO/CISO) và Bộ phận Kiểm soát Tuân thủ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng:

• Kỹ sư an ninh mạng và Chuyên viên Quản trị hệ thống: Nắm vững cấu trúc khung tin MAC, cơ chế phân cấp khóa RSN và quy trình bắt tay 4 bước để thiết lập cấu hình Access Point an toàn, ngăn chặn các kỹ thuật tấn công bẻ khóa và bắt trộm gói tin trong doanh nghiệp.
• Giảng viên và Nghiên cứu viên ngành Công nghệ thông tin: Sử dụng khung lý thuyết mật mã dòng RC4, thuật toán băm Michael và mô hình phân tích giao thức 802.11i làm tài liệu giảng dạy chuyên sâu cho học phần Mật mã ứng dụng và An toàn mạng máy tính.
• Sinh viên và Học viên cao học chuyên ngành An toàn thông tin: Tham khảo phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm kiểm thử xâm nhập với card mạng chuyên dụng, cách thức vận hành bộ công cụ Aircrack-ng và phương pháp chọn mẫu phân tầng dữ liệu mạng để phục vụ nghiên cứu khóa luận, đồ án tốt nghiệp.
• Giám đốc Công nghệ (CIO) và Lãnh đạo phụ trách CNTT: Hiểu rõ các rủi ro hệ thống của các chuẩn mã hóa không dây thế hệ cũ, từ đó xây dựng kế hoạch đầu tư, nâng cấp trang thiết bị phần cứng và ban hành chính sách an ninh mạng phù hợp với quy chuẩn quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao cơ chế mã hóa WEP trong chuẩn IEEE 802.11 lại dễ bị bẻ khóa trong thời gian ngắn?

WEP sử dụng véc-tơ khởi tạo IV quá ngắn (24-bit), khiến không gian mẫu chỉ có khoảng 16,7 triệu giá trị và bị lặp lại sau khoảng 9 giờ truyền dữ liệu ở tốc độ 11 Mbps. Thêm vào đó, thuật toán RC4 có 256 khóa yếu, cho phép kẻ tấn công chỉ cần thu thập khoảng 50.000 đến 100.000 gói tin IV là có thể khôi phục 100% khóa gốc.

Giao thức TKIP khắc phục các điểm yếu của WEP như thế nào mà không cần thay đổi phần cứng?

TKIP mở rộng độ dài IV từ 24-bit lên 48-bit (tạo ra 281 nghìn tỷ giá trị) giúp triệt tiêu nguy cơ lặp IV. Ngoài ra, TKIP áp dụng quy trình trộn khóa 2 pha độc lập cho từng khung tin và bổ sung mã toàn vẹn Michael 64-bit, giúp các thiết bị phần cứng RC4 cũ chỉ cần nâng cấp phần mềm điều khiển (firmware) là có thể cải thiện an ninh.

Cơ chế Michael Countermeasure trong chuẩn IEEE 802.11i hoạt động ra sao?

Thuật toán Michael có mức độ an ninh 20-bit, có thể bị giả mạo sau 2,2 phút khi mạng truyền 2.048 gói tin/giây. Để đối phó, Michael Countermeasure quy định nếu phát hiện 2 gói tin sai mã MIC trong vòng 60 giây, hệ thống sẽ tự động ngắt kết nối 60 giây và xóa toàn bộ khóa chính, kéo dài thời gian tấn công giả mạo lên tới hơn 6 tháng.

Giao thức CCMP có ưu điểm gì vượt trội so với WEP và TKIP?

CCMP sử dụng thuật toán mã hóa khối chuẩn AES với kích thước khối và độ dài khóa đều đạt 128-bit. Giao thức này kết hợp chế độ đếm (CTR) để mã hóa payload và chế độ CBC-MAC để tạo mã toàn vẹn, bảo vệ cả dữ liệu lẫn trường tiêu đề AAD, ngăn chặn 100% các cuộc tấn công nghe lén và sửa đổi gói tin.

Quá trình phân phối và quản lý khóa trong mạng RSN diễn ra theo nguyên lý nào?

Kiến trúc RSN thiết lập cây phân cấp khóa bắt đầu từ khóa cặp chính PMK 256-bit (tạo qua máy chủ xác thực 802.1X hoặc cấu hình PSK). Thông qua quá trình bắt tay 4 bước (4-way handshake), điểm truy cập và máy trạm sẽ tính toán ra khóa quá độ PTK để mã hóa luồng dữ liệu đơn công, đồng thời quản lý khóa nhóm GMK/GTK để bảo vệ luồng dữ liệu quảng bá.

Kết luận

• Chuẩn mạng không dây IEEE 802.11 ban đầu bộc lộ những lỗ hổng bảo mật nghiêm trọng do cơ chế WEP sử dụng không gian IV 24-bit quá nhỏ kết hợp với các khóa yếu của thuật toán RC4.
• Thực nghiệm trên môi trường Windows chứng minh khóa WEP 64-bit và 128-bit có thể bị giải mã hoàn toàn trong khoảng thời gian từ 7 đến 25 phút khi thu thập từ 50.000 đến 300.000 gói tin IV.
• Chuẩn an ninh IEEE 802.11i mang lại giải pháp toàn diện thông qua hai cơ chế: TKIP (giải pháp nâng cấp phần mềm quá độ với IV 48-bit và mã Michael) và CCMP (chuẩn mã hóa khối AES-128 kết hợp CBC-MAC).
• Kiến trúc RSN cùng cây phân cấp khóa chặt chẽ (PMK 256-bit, PTK, GMK, GTK) và xác thực IEEE 802.1X thiết lập nền tảng bảo mật vững chắc, bảo vệ tối đa tính xác thực, tính bí mật và tính toàn vẹn dữ liệu.
• Kế hoạch chuyển đổi khuyến nghị gồm 3 giai đoạn: rà soát 100% thiết bị phát sóng trong 30 ngày, nâng cấp dứt điểm sang WPA2/WPA3 trong 90 ngày và tổ chức kiểm toán bảo mật định kỳ 6 tháng một lần.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã hệ thống hóa sâu sắc các cơ chế an ninh mạng không dây và kiểm chứng thực nghiệm thành công phương pháp trích xuất khóa trên hệ điều hành phổ dụng. Quý độc giả và các nhà quản trị mạng hãy tham khảo toàn văn luận văn để nắm vững chi tiết kỹ thuật và chủ động rà soát, nâng cấp hệ thống an ninh mạng WLAN của đơn vị mình ngay hôm nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu (PLCP preamble) của frame và phần tiêu đề (PLCP header) luôn được truyền đi với tốc độ 1 Mbps. Sau đó là phần payload chứa dữ liệu của tầng trên cần gửi đi, có thể sử dụng tốc độ truyền 1 hoặc 2 Mbps. Phần PLCP bao gồm 5 trường với những đặc điểm và chức năng sau:  Trường đồng bộ (Synchronization): Đây là trường đầu trong phần PLCP bao gồm 80 bit đồng bộ, với bit pattern là 010101…. Khối pattern này được sử dụng để bên nhận phát hiện tín hiệu truyền trên môi trường và đồng bộ hóa tín hiệu đó.

 Trường phân cách đầu frame SFD: Gồm 16 bits với pattern là Trường này để chỉ ra phần bắt đầu của frame, cung cấp sự đồng bộ hóa frame.  Độ dài PLW: Là trường đầu tiên trong phần header của PLCP nhằm chỉ ra độ dài của trường payload, tính theo byte.  Trường PSF: Gồm 4 bit được sử dụng để xác định tốc độ truyền dữ liệu trong phần payload (1 hay 2 Mbps).  Trường kiểm tra lỗi Header – HEC: Là trường cuối trong PLCP, bao gồm 16 bit kiểm tra tổng (checksum) theo chuẩn ITU-T sử dụng đa thức G(x)= x16+x12+x5+1.

Trải phổ trực tiếp và Trải phổ trực tiếp tốc độ cao DSSS là một kỹ thuật truyền sóng radio ban đầu được phát triển để tránh tắc nghẽn trong môi trường truyền thông của quân đội. Kỹ thuật trải phổ điều khiển tuần tự là phương pháp trải phổ luân phiên xác định bởi mã.11, việc trải phổ được thực hiện bởi 11 chip tuần tự gọi là mã Barker. Đặc điểm cơ bản của phương pháp này là khả năng chống nhiễu mạnh và không bị ảnh hưởng bởi tính truyền sóng theo nhiều đường. Kỹ thuật này sử dụng dải tần 2.4GHz với các kênh rộng cho phép các thiết bị truyền thông tin với tốc độ cao hơn hệ thống FHSS nhiều.

Dữ liệu được truyền qua các kênh có độ rộng 30MHz với giới hạn chỉ cho phép 3 kênh không chồng nhau trong dải tần 2. Khi mới ra đời, công nghệ này chỉ hỗ trợ tốc độ 1-2 Mbps giống như FHSS. Tuy nhiên, đến năm 1999, công nghệ này đã được cải tiến với tốc độ tăng lên 5,5-11Mbps (tên tốc độ cao – High Rate - được sử dụng để phân biệt với công nghệ đầu tiên) và được sử dụng trong chuẩn 802. Cơ chế làm việc cơ bản của công nghệ DSSS là trải (spreader) năng lượng tín hiệu lên một dải tần rộng hơn để truyền tải tốt 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hơn, sau đó bên nhận sẽ thực hiện các xử lý tương quan (correlation processes) để thu được tín hiệu ban đầu như hình 1.13: Kỹ thuật DSSS cơ bản c.

Sóng hồng ngoại Chuẩn 802.11 ban đầu cũng đặc tả việc sử dụng sóng hồng ngoại (IR) có bước sóng 900nm như một môi trường vật lý riêng rẽ phục vụ mục đích truyền dẫn thông tin. Dữ liệu được truyền đi với tốc độ 1-2 Mbps sử dụng kỹ thuật biến điệu vị trí 16 xung – có nghĩa là 4 bit dữ liệu được mã hóa thành 16 bit trước khi truyền. Lợi điểm của tầng vật lý loại này là nó làm việc tốt trong môi trường có nhiễu, khi các thiết bị điện, điện tử (lò vi sóng, thiết bị y tế, …) phát ra cùng tần số radio. Tuy nhiên, phạm vi hoạt động giới hạn từ 10-20 mét cộng với yêu cầu đường kết nối không bị ngăn cản (sóng hồng ngoại truyền theo đường thẳng và dễ bị cản bởi các chướng ngại vật) đã khiến cho công nghệ này không được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp và thương mại.

Tầng con MAC Trong đặc tả chuẩn 802.11, tầng con MAC đóng vai trò then chốt bởi nó thực hiện việc điều khiển việc truyền dữ liệu người dùng và tương tác với mạng hữu tuyến. Là một thành phần của họ chuẩn 802, đặc tả cho tầng MAC trong chuẩn 802.11 không tách biệt một cách rõ rệt. Tầng MAC trong chuẩn 802.11 cũng sử dụng cơ chế đa truy cập cảm nhận sóng mang CSMA giống như chuẩn 802. Cũng như vậy, 802.11 sử dụng mô hình truy cập phân tán, không có điểm quản lý tập trung; Có nghĩa là các trạm sử dụng cùng một cách thức để truy cập vào môi trường truyền dẫn.

Tuy nhiên, do sự phức tạp của môi trường không dây, tầng MAC trong chuẩn 802.11 phức tạp hơn và có những đặc thù cần lưu ý. Truyền dẫn sóng điện từ trong môi trường không khí, đặc biệt khi dải tần số sử dụng thuộc dải ISM, các thiết bị 802.11 cần phải chấp nhận được nhiễu gây ra từ các thiết bị khác (các thiết bị cùng loại hay khác loại) và làm việc được.11 sử dụng giao thức trao đổi khung tin (FEP – Frame Exchange Protocol) để điều khiển việc truyền khung tin nhằm loại bỏ các vấn đề có thể xảy ra khi truyền dữ liệu trong môi trường truyền dẫn chia sẻ và không tin cậy này. Cấu trúc khung tin Các khung tin tầng MAC được sử dụng trong quá trình truyền tin bao gồm: khung tin quản lý (management frame), khung tin điều khiển (control frame) và khung tin dữ 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các khung tin này có cùng một trường gọi là trường điều khiển khung tin (Frame control field) có độ dài 16 bit được mô tả trong hình vẽ bên dưới.

Mục đích của trường này để truyền các thông tin điều khiển giữa các trạm. Trường này bao gồm 11 trường con được trình bày chi tiết trong hình 1.14: Trường điều khiển khung tin b. Biên nhận khung tin FEP được triển khai đồng thời ở các trạm và điểm truy cập để đảm bảo tính tin cậy cho quá trình truyền dẫn. Theo đó, mọi khung tin được gửi đi đều phải được biên nhận bởi phía nhận trong một khoảng thời gian NAV.15: Biên nhận tích cực trong quá trình truyền dữ liệu Chuỗi hành động được mô tả trong hình 1.15 được gọi là một thao tác nguyên tử.

Mặc dù trong thao tác nguyên tử còn có thêm nhiều bước khác, nó vẫn được coi là một thao tác không thể phân chia. Điều đó có nghĩa là mọi bước trong thao tác nguyên tử phải được hoàn thành, nếu không thao tác sẽ bị coi là thất bại hay khung tin được coi là gửi đi bị lỗi. Kiến trúc mạng không dây a. Các thành phần của mạng Mạng WLAN 802.11 bao gồm bốn thành phần chính được mô tả trong hình 1.

Các trạm (Stations) 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mạng không dây được xây dựng để truyền thông tin giữa các trạm. Các trạm thực chất là các thiết bị điện toán có gắn giao diện mạng không dây. Các trạm này có thể là cố định hoặc di động.16: Các thành phần của mạng WLAN 802.11 Điểm truy cập (Access Point) Điểm truy cập thực chất là một thiết bị phần cứng cố định thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng không dây và có dây (hữu tuyến), thực hiện việc chuyển tiếp gói tin cho các trạm không dây. Phƣơng tiện truyền dẫn không dây (Wireless Medium) Để truyền thông tin giữa các trạm với nhau, chuẩn 802.11 quy định sử dụng phương tiện truyền dẫn không dây.

Như đã trình bày ở mục 1.11 quy định bốn công nghệ tầng vật lý chính làm phương tiện truyền dẫn không dây. Hệ thống phân phối (Distribution System) Khi nhiều điểm truy cập được kết nối với nhau để tạo ra vùng phủ sóng rộng hơn, chúng cần liên lạc với nhau để theo dõi sự di chuyển của các trạm di động. Hệ thống phân phối là thành phần logic của chuẩn 802.11 được sử dụng để truyền các khung tin tới đúng đích.11 không quy định một công nghệ cụ thể nào cho hệ thống phân phối. Tuy nhiên, trong phần lớn các thiết bị thương mại, hệ thống phân phối là sự kết hợp giữa một thiết bị cầu nối (brigde) và mạng đường trục (mạng hữu tuyến) để chuyển tiếp các khung tin giữa các điểm truy cập.17 minh họa mô hình logic hệ thống phân phối.17: Mô hình logic hệ thống phân phối được sử dụng phổ biến 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mạng WLAN 802.11 theo kiến trúc có cơ sở hạ tầng mạng (infrastructure mode) bao gồm hai kiến trúc con: Tập dịch vụ cơ bản - BSS (Basic Service Set), và Tập dịch vụ mở rộng - ESS (Extended Service Set).

Minh họa được thể hiện trong hình 1.18: Các kiến trúc mạng của chuẩn 802. Kiến trúc Tập dịch vụ cơ bản (BSS) Mỗi tập dịch vụ cơ bản được cấu thành từ tổ hợp của một điểm truy cập (có thể kết nối vào mạng hữu tuyến hoặc không) và các trạm không dây. Mọi trạm tham gia vào kiến trúc này sẽ không truyền thông trực tiếp với nhau mà truyền thông qua thiết bị trung gian là điểm truy cập. Điểm truy cập là không di động và là một phần của cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến.

Kiến trúc Tập dịch vụ mở rộng (ESS) Cung cấp hạ tầng mạng cho nhiều tập dịch vụ cơ bản. Kiến trúc này được cài đặt bằng cách kết hợp nhiều điểm truy cập (có cùng một kênh truyền) có các vùng phủ sóng chồng lên nhau. Dịch vụ phân phối trong một điểm truy cập đảm nhiệm việc chuyển tiếp các khung tin dữ liệu từ các trạm không dây liên kết với điểm truy cập khác tới các trạm trong tập dịch vụ cơ bản của nó. Nhờ đó, tập dịch vụ mở rộng xuất hiện như là một mạng con cố định đối với các thực thể bên ngoài mạng.

Thêm vào đó, tập dịch vụ mở rộng cho phép các trạm di động có thể di chuyển một cách tự do (chế độ roaming trong suốt) trong vùng phủ sóng tổng hợp của tập này. Quá trình kết nối giữa các trạm và điểm truy cập Quá trình thiết lập kết nối giữa các trạm và điểm truy cập trong đặc tả 802.11 ban đầu bao gồm bốn pha theo thứ tự thực hiện là Dò tìm (Scanning), Đồng bộ hóa (Synchronization), Xác thực (Authentication), và Liên kết (Association) tương ứng với ba trạng thái kết nối, như được minh hoạ trên hình 1. Các trạng thái kết nối xác 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] định mối quan hệ giữa các trạm và điểm truy cập. Quá trình được thực hiện một cách tuần tự khi các trạm chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kế tiếp.

Trạng thái 1: Chƣa xác thực và chƣa liên kết (khối “State 1”) Bắt đầu từ trạng thái này, các trạm thực hiện hai bước (pha) để thiết lập mối quan hệ khách (client) với điểm truy cập: Dò tìm và Đồng bộ hóa. Dò tìm Dò tìm là một quá trình mà một trạm thực hiện việc tìm kiếm các trạm khác hoặc điểm truy cập để thiết lập kết nối.