802.11i

无线安全标准，WPA是其子集。这种安全标准为增强WLAN的数据加密和认证性能，定义了RSN（Robust Security Network）的概念，并且针对WEP加密机制的各种缺陷做了多方面的改进。IEEE 802.11主要的标准范畴分为媒介层(MAC)与物理层(PHY)，套用过来，前者就是OSI的数据链路层中的媒体访问控制子层，后者直接就对应OSI的物理层。我们耳熟能详的IEEE 802.11a/b/g，主要是以PHY层的不同作为区分，所以它们的区别直接表现在工作频段及数据传输率、最大传输距离这些指标上。而工作在媒介层的标准——IEEE 802.11e/f/i则被整个IEEE 802.11族所共用。

简介

IEEE 802.11i规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制。其中TKIP采用WEP机制里的RC4作为核心加密算法，可以通过在现有的设备上升级固件和驱动程序的方法达到提高WLAN安全的目的。

定义

CCMP机制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）认证方式，使得WLAN的安全程度大大提高，是实现RSN的强制性要求。由于AES对硬件要求比较高，因此CCMP无法通过在现有设备的基础上进行升级实现。WRAP机制基于AES加密算法和OCB（Offset Codebook），是一种可选的加密机制。

安全标准

IEEE 802.11i是802.11工作组为新一代WLAN制定的安全标准，主要包括加密技术：TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、AES（Advanced Encryption Standard）以及认证协议IEEE802.1x。认证方面。IEEE 802.11i采用802.1x 接入控制，实现无线局域网的认证与密钥管理，并通过EAP-Key的四向握手过程与组密钥握手过程，创建、更新加密密钥，实现802.11i中定义的鲁棒安全网络（Robust Security Network，RSN）的要求。

数据加密方面，IEEE 802.11 i定义了TKIP（Temporal Key IntegrityProtocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制。一方面，TKIP采用了扩展的48位IV和IV顺序规则、密钥混合函数（Key Mixing Function），重放保护机制和Michael消息完整性代码（安全的MIC码）这4种有力的安全措施，解决了WEP中存在的安全漏洞，提高安全性。就目前已知的攻击方法而言，TKIP是安全的。另一方面，TKIP不用修改WEP硬件模块，只需修改驱动程序，升级也具有很大的便利性。因此，采用TKIP代替WEP是合理的，但是TKIP是基于RC4的，RC4已被发现存在问题，可能今后还会被发现其他的问题。

另外，RC4一类的序列算法，其加解密操作只是简单的异或运算，在无线环境下具有一定的局限性，因此TKIP只能作为一种短期的解决方案。此外，802.11中配合AES使用的加密模式CCM和OCB，并在这两种模式的基础上构造了CCMP和WRAP密码协议。CCMP机制基于AES（Advanced Encryption Standard）加密算法和CCM（Counter-Mode/CBC-MAC）认证方式，使得WLAN安全程度大大提高，是实现RSN的强制性要求。由于AES对硬件要求比较高，CCMP无法通过在现有设备的基础上升级实现。WRAP机制则是基于AES加密算法和OCB（Offset Code book）。

安全工作机制

802.11i定义的安全工作机制流程如图1所示。

图1 安全工作机制

（1）安全能力通告协商阶段

安全能力通告发生在STA与AP之间建立802.11关联阶段，过程如下。

● AP的安全能力通告

AP为通告自身对WPA的支持，会对外发送一个包含AP的安全配置信息（包括加密算法及认证方法等安全配置信息）的帧。

● STA同AP之间的链路认证

STA向AP发送802.11X系统认证请求，AP响应认证结果。

● STA同AP建立802.11关联

STA根据AP通告的IE信息选择相应的安全配置，并将所选择的安全配置信息发送至AP。在该阶段中，如果STA不支持AP所能支持的任何一种加密和认证方法，则AP可拒绝与之建立关联；反过来，如果AP不支持STA支持任何一种加密和认证方法，则STA也可拒绝与AP建立关联。

（2）安全接入认证阶段

该阶段主要进行用户身份认证，并产生双方的成对主密钥PMK。PMK是所有密钥数据的最终来源，可由STA和认证服务器动态协商而成，或由配置的预共享密钥（PSK）直接提供。对于802.1X认证方式：PMK是在认证过程中STA和认证服务器动态协商生成（由认证方式协议中规定），这个过程对AP来说是透明的，AP主要完成用户认证信息的上传、下达工作，并根据认证结果打开或关闭端口。对于PSK认证：PSK认证没有STA和认证服务器协商PMK的过程，AP和STA把设置的预共享密钥直接当作是PMK，只有接入认证成功，STA和认证服务器（对于802.1X认证）才产生双方的PMK。对于802.1X接入认证，在认证成功后，服务器会将生成的PMK分发给AP。

（3）会话密钥协商阶段

该阶段主要是进行通信密钥协商，生成PTK和GTK，分别用来加密单播和组播报文。AP与STA通过EAPOL-KEY报文进行WPA的4次握手（4-Way Handshake）进行密钥协商。在4次握手的过程中，AP与STA在PMK的基础上计算出一个512位的PTK，并将该PTK分解成为以下几种不同用途的密钥：

数据加密密钥、MIC Key（数据完整性密钥）、EAPOL-Key报文加密密钥、EAPOL-Key 报文完整性加密密钥等。用来为随后的单播数据帧和 EAPOLKey消息提供加密和消息完整性保护。

在4次握手成功后，AP使用PTK的部分字段对GTK进行加密，并将加密后的GTK发送给STA，STA使用PTK解密出GTK。GTK是一组全局加密密钥，AP用GTK来加密广播、组播通信报文，所有与该AP建立关联的STA均使用相同的GTK来解密AP发出的广播，组播加密报文并检验其MIC。

（4）加密数据通信阶段

该阶段主要进行数据的加密及通信。TKIP或AES加密算法并不直接使用由PTK/GTK分解出来的密钥作为加密报文的密钥，而是将该密钥作为基础密钥（Base Key），经过两个阶段的密钥混合过程，从而生成一个新密钥。每一次报文传输都会生成不一样的密钥。在随后的通信过程中，AP和STA都使用该密钥加密通信

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