802.11有線等效加密WEP

有線等效加密（WEP）標准是802.11無線安全早期的解決方案，WEP並不安全。

既然WEP並不安全，為什么還要學習WEP呢？

1. WEP簡單，相比后續出現的加密協議，它不要求有多么強大的計算能力。一些老的設備，特別是缺乏足夠處理能力的手持設備，WEP已經是最佳選擇；
2. 較新的技術，如TKIP，仍舊會用到WEP的幀處理能力；

1. WEP的密碼學背景

WEP用以保護數據的RC4密碼屬於對稱性（密鑰）流密碼（stream cipher），流密碼會用到稱為密鑰流（keystream）的位流，密鑰流隨后會與信息結合，產生密文（ciphertext）。為了還原原始信息，接收端會以相同的密鑰流處理密文。RC4會利用異或（exclusive OR，簡稱XOR）運算結合密鑰流與密文。如下圖所示。

流密碼的運作方式通常是先選用一把較短的密鑰，通過偽隨機數生成器（pseudorandom number generator，PRNG）將之展開為與信息等長的偽隨機數密鑰流，如下圖所示。

2. WEP的加密操作

通信安全有三個主要目的：

• 機密性

  防止數據不受未授權的第三者攔截；

• 完整性

  確保數據沒有被修改；

• 真實性

  真實性是所有安全策略的基礎，因為數據的可信度部分取決於數據源的可靠性；

WEP的數據處理流程如下圖所示：

驅動程序以及接口硬件負責處理數據，然后送出加密過的封包，順序如下：

1. 802.11幀被放在隊列中等待發送。幀由標頭（Header）和有效載荷（Payload）組成，根據有效載荷計算出完整性校驗值ICV，並放在有效載荷尾部；
2. 隨后組裝幀加密密鑰（或稱WEP種子），WEP種子分為兩部分：秘鑰（secret key）以及初始向量（IV）。添加IV是為了避免出現使用相同密鑰流進行加密的情況，802.11並未限制選取IV時非得使用何種算法；
3. 幀加密密鑰被當成RC4密鑰，用以加密步驟1有效載荷和ICV，整個加密過程通常通過RC4專用電路來完成；
4. 有效載荷加密之后，就可以組裝待傳的幀。802.11標頭與加密過的有效載荷之間插入WEP標頭，除了IV，WEP標頭中還包含密鑰編號，WEP最多允許定義4個密鑰。一旦附加上最后的標頭，就可以針對真個MAC幀，計算出802.11幀校驗碼（FCS）。

以上闡述了WEP幀的組裝流程，解密的過程剛好相反。一旦使用WEP進行加密，幀主體就會增加8個字節。其中4個字節作為幀主體的IV標頭，另外4個字節作為ICV標尾，如下圖所示。

IV標頭使用3個字節來容納長度為24位的IV，第四個字節則包含填充位以及密鑰標識符（key ID）。數據幀的32位循環冗余校驗（CRC）碼提供了完整性檢查，附加於幀主體之后，同時被RC4保護。

3. 關於WEP的種種問題

1. 手動管理密鑰對於變換密鑰工作量大；

2. 標准的靜態WEP只提供長度為40位的密鑰，業界標准所提供的密鑰長度最多只達到104位；

3. 一旦重復使用密鑰流（keystream），流密碼（stream cipher）就容易被識破。可供使用的IV值（24位）並不大，容易重復；

4. 如果不常更換密鑰，攻擊者就可以采集解密字典（decryption dictionarie），即積累以相同密鑰流加密的大量幀，那么破解密鑰就指日可待；

5. WEP使用CRC進行完整性檢查，CRC並沒有密碼學上的安全性；

4. 動態WEP

不同於讓網絡中所有工作站共享一個靜態密鑰來加密所有幀，動態WEP讓網絡上所有工作站使用一個密鑰來加密廣播幀，但個別工作站使用自己的映射密鑰來加密單播幀。動態WEP每隔一段時間就會產生並分配新的密鑰。