安全协议-第7章-下.

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1、安全协议分析与设计 第二章（下） 卫剑钒 PPP认证与RADIUS nPPP（Point to Point Protocol）是IETF推出的点到点线路的 数据链路层协协议。它替代了非标准的SLIP（Serial Line Internet Protocol），成为正式的Internet标准，标准可见 RFC 1661、RFC 1662和RFC 1663。 nPPP支持在各种物理类型的点到点串行线路上传输网络层协 议数据，有丰富的可选特性，如支持多种压缩方式、支持动 态地址协商、支持多链路捆绑、提供多种身份认证服务等。 nPAP和CHAP是PPP最初规定的两种认证方法，但这两种认 证方法都不安

2、全，故IETF把EAP作为一个可选项加入到了 PPP的认证方法之中。 nRADIUS是一种AAA（Authentication，Authorization， Accounting）协议，它采用客户端/服务器模型，提供了一种 较为通用的框架，使得PAP、CHAP、EAP以及其他认证方 法都可作为RADIUS所承载的上层认证机制。 2 RADIUS nRADIUS（Remote Authentication Dial In User Service）即 远程用户拨号认证系统，它是一种在网络接入服务器（ Network Access Server）和共享认证服务器间传输认证、授 权和配置信息的协议。

3、此外，RADIUS 也负责传送网络接入 服务器和共享计费服务器间的计费信息。 nRADIUS由RFC 2865、RFC 2866定义，是一种应用最广泛 的AAA协议。协议最初的目的是为拨号用户进行认证和计费 ，后来经过多次改进，形成了一项通用的AAA协议，可用于 电话拨号、ADSL拨号、小区宽带、IP电话等。IEEE提出的 802.1x标准，是一种基于端口的访问控制标准，也将 RADIUS协议作为首选的后台认证协议。 3 RADIUS的客户端和服务器 nRADIUS是一种客户端/服务器结构的协议，在拨号系统中， RADIUS客户端是NAS（Net Access Server），RADIUS服

4、务器是AS（Authentication Server）。NAS同时又是一个服 务器，NAS对应的客户端是拨号用户的终端。事实上，任何 运行RADIUS软件的终端都可以是RADIUS客户端或服务器。 4 RADIUS数据包 nNAS和AS通过UDP进行通信，AS的1812端口负责认证。采 用UDP的基本考虑是因为NAS和AS大多在同一个局域网中， 使用UDP更加快捷方便。 5 RADIUS数据包解释 n代码（CODE）域用来标识RADIUS包的类型，常用的关于 认证的包类型有：接入请求（Access-Request），值为1； 接入接受（Access-Accept），值为2；接入拒绝（Acce

5、ss- Reject），值为3；接入质询（Access-Chanllenge），值为4 。 n标识符（ID）域用来辅助匹配请求和回复； n长度（Length）指明了整个包的长度（包括属性部分）。 n认证码（Authenticator）域用来做完整性验证，对于Access- Request包，认证码里的内容是一个随机数RequestAuth，对 于其他3种RADIUS服务器发送的Access包，其内容为一个 MD5值，是对要发送包的内容（其中认证码域初始为 RequestAuth）和一个秘密值Secret（在RADIUS客户端和服 务器间共享）进行MD5杂凑而得：ResponseAuth = M

6、D5( Code, ID, Length, RequestAuth, Attributes, Secret) 6 RADIUS数据包中的属性域 n属性（Attributes）部分用于传送详细的认证信息以 及配置信息，一个包中可以有多个属性，每个属性 都由3部分组成，分别是类型（type）、长度（ length）及值（value）。 n属性充分体现了RADIUS的可扩展性，不同的认证方 法就是通过不同的属性值体现的，如PAP认证使用 类型2，CHAP认证使用类型3，而后来加入的EAP 认证使用类型79。 7 RADIUS认证过程 n当客户登录网络时，NAS如果采用PAP认证，会要求客户输 入用户

7、名和口令，然后，NAS向AS服务器发送Access- Request，提交用户信息，包括用户名和口令信息（经过 MD5处理过的口令）。 nAS对用户名和密码的合法性进行检验。如果采用其他认证方 式（如CHAP），当NAS向AS发送完Access-Request后（只 包含用户信息），AS返回一个Access-Challenge，并通过 NAS中转，来进一步对客户进行认证（这个认证过程也可不 由AS发起，而由NAS发起，以提高效率）。 n如果认证通过，AS给NAS返回Access-Accept数据包，允许 用户进行下一步的访问，否则返回Access-Reject数据包，拒 绝用户访问。如果认证通

8、过，NAS开始提出计费请求（ Accounting- Request），开始计费过程。 8 PAP和CHAP nPPP最初提供了两种可选的身份认证方法：口令验证协议（ Password Authentication Protocol，PAP）和质询握手协议 （Challenge Handshake Authentication Protocol，CHAP） 。 nPAP使用明文的用户名和密码完成认证，密码在NAS传送给 AS时，实际上是做了MD5的加密处理，具体方法见RFC 2865，这里记作f (MD5, Secret, RequestAuth, password)。 图7.26所示为PAP

9、-RADIUS协议示意。 nPAP中最不安全的地方在于Msg1，name和password都是明 文传输的，如果被窃听或者重放，都会给用户带来损失。但 在PPP的威胁模型中，电信线路是被假设为足够安全的，这 种情况下，明文传输密码并不影响安全性。 9 PAP-RADIUS协议 nMsg1和Msg4属于PAP，Msg2和Msg3属于RADIUS协议 。 nC表示拨号用户，用户拨入后，NAS告诉用户它支持PAP 认证，然后用户系统向NAS发送用户名name和口令 password。 nNAS向AS发送Access-Request消息，其中name和经过处 理后的password是放在属性域里传送的

10、（属性类型分别 是1和2）。RequestAuth和ResponseAuth见上节的解释 ，为简洁起见，并未在Msg2和Msg3中列出RADIUS包中 所有的域（如ID,Length等）。 10 CHAP nCHAP使用挑战-响应机制，认证者发起挑战（实 现上就是发送一个随机数）对客户进行认证（在 RADIUS结构中，认证者是AS）。 nCHAP的主要两条消息是Challenge和Response ，Challenge的值为认证者生成的一个随机数； Response的值是一个单向函数（如MD5）的输出 ，单向函数的输入为ID、secret和Challenge，其 中secret是认证者和客户之

11、间共享的秘密。 11 CHAP-RADIUS协议示意 12 扩展认证协议 n1998年，EAP协议（PPP Extensible Authentication Protocol）加入了PPP的可选认证方法中，即RFC 2284，从本质上讲，EAP是提供了一种封装框架， 在这个框架下，可以承载多种认证方法，添加新的 认证方式时并不影响现有协议的使用，故被称为“可 扩展的认证协议”。 nEAP是一种简单封装协议，可以运行在任何链路层 上，可承载多种高层认证方法，如TLS、IKE、GSS -API等。 13 EAP数据包格式 nEAP规定了4种可供传送的消息：Request、Response、 Su

12、ccess和Failure消息。消息的识别体现在代码段，分别为1 、2、3和4；标识符用来匹配消息的发送和应答；长度域用 来表示整个EAP消息中的所有字节个数；数据域中含有实际 发送的Request和Response数据（Success和Failure消息没 有数据）。 n数据域又分为两个部分：类型（type）和类型数据（type data），type域表明了认证方法，type data域则包含了具体 的认证数据。 14 EAP的数据域 nEAP的扩展性就体现在数据域，如RFC 2284中定义了如下6种类型。 （1）Identity。 （2）Notification。 （3）Nak（仅用于Re

13、sponse消息）。 （4）MD5-Challenge。 （5）One-Time Password（OTP）（RFC 1938）。 （6）Generic Token Card。 n类型（1）是一种非常简单的认证方法，通过两条消息就可以完成认证， 客户发送一个Identity消息，认证者如果认可，就回一个Success消息， 如Identity数据可以由智能卡实时生成，并和认证服务器保持同步。类型 （2）用来传递一些需要在用户设备上显示的信息，如“请输入密码”等。 类型3用来拒绝所不支持的认证算法。 nRFC中只列出了6种类型，但新的认证方法可以加入，这需要IANA（ Internet Assi

14、gned Numbers Authority，Internet号码分配机构）分配一个 新的类型号，如TLS认证的类型号为13（PPP-EAP-TLS认证协议由RFC 2716定义），LEAP认证的类型号为17。 15 无线局域网的认证与密钥管理 n无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）主要 由计算机终端（STA）、无线网卡、无线接入点（AP）组成 ，其安全性主要体现在访问控制和保密性上，由于802.11的 1999年标准中，WEP设计上存在很多安全问题，IEEE 802.11工作组成立了任务组TGi，TGi负责制定IEEE802.11i 标准，以增强改善

15、无线局域网的安全性。 nIEEE802.11是IEEE制定的无线局域网媒体访问控制层（ MAC）和物理层（PHY）规范，在其1999年标准中，作为 MAC协议部分的安全技术，有线等效保密（Wired Equivalent Privacy，WEP）协议被设计用来防止非法用户窃 听或侵入无线网络。 16 WEP的加密过程 17 WEP的加密过程 nIV是初始向量，长度为24位，对每个数据包加密时，IV都变 化一次，并且IV本身作为输出的一部分传递给接收方。 nSK为密钥，最初标准中规定长度为40位，但在很多实现中都 扩展到了104位。 n|表示连接符，IV和SK连接后，输入RC4序列加密算法中，

16、产生伪随机序列PRKS； n对明文M采用CRC算法，计算出消息认证码ICV，长度为32 位，将ICV附在M之后，然后将其与PRKS进行模二加运算， 获得密文数据C。 18 WEP的SK n密钥SK有两种。一种是AP和所有用户共享的对称密钥，被 称为默认密钥（Default keys），WEP允许有4个默认密钥， 并用密文中相应的位KeyID来表示； n与默认密钥相对应的是映射密钥（Key mapping key），每 个STA和AP之间都有不同的映射密钥。AP每收到一帧或者要 发送一帧时，会在密钥表里查找STA对应的映射密钥（通过 STA的MAC地址做索引），如果没有找到，就使用默认密钥 。由于在管理上的困难，映射密钥并没有得到广泛的应用。 19 WEP加密的主要问题 （1）WEP本身没有防重放的能力，攻击者可能会重放以前捕 获的帧，来完成一个会话，达到特定的目的。 （2）使用CRC作为认证码并不能起到很好的防篡改能力，因 为CRC是一个线性的计算，如果改变明文中