Bảo mật trong mạng LAN không dây

[uyenminh]

Nguyễn Khôi


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AN NINH MẠNG MÁY TÍNH


1.1. Khái niệm an ninh mạng

Trong hệ thống mạng, vấn đề an toàn và bảo mật một hệ thống thông tin đóng một vai trò hết sức quan trọng. Thông tin chỉ có giá trị khi nó giữ được tính chính xác, thông tin chỉ có tính bảo mật khi chỉ có những người được phép nắm giữ thông tin biết được nó. Khi ta chưa có thông tin, hoặc việc sử dụng hệ thống thông tin chưa phải là phương tiện duy nhất trong quản lý, điều hành thì vấn đề an toàn, bảo mật đôi khi bị xem thường. Nhưng một khi nhìn nhận tới mức độ quan trọng của tính bền hệ thống và giá trị đích thực của thông tin đang có thì chúng ta sẽ có mức độ đánh giá về an toàn và bảo mật hệ thống thông tin. Để đảm bảo được tính an toàn và bảo mật cho một hệ thống cần phải có sự phối hợp giữa các yếu tố phần cứng, phần mềm và con người.

1.1.1. Đánh giá vấn đề an toàn, bảo mật hệ thống

Để đảm bảo an ninh cho mạng, cần phải xây dựng một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ an ninh an toàn mạng. Một số tiêu chuẩn đã được thừa nhận là thước đo mức độ an ninh mạng.

1.1.1.a. Đánh giá trên phương diện vật lý

* An toàn thiết bị

Các thiết bị sử dụng trong mạng cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Có thiết bị dự phòng nóng cho các tình huống hỏng đột ngột. Có khả năng thay thế nóng từng phần hoặc toàn phần (hot-plug, hot-swap).

- Khả năng cập nhật, nâng cấp, bổ xung phần cứng và phần mềm.

- Yêu cầu nguồn điện, có dự phòng trong tình huống mất đột ngột.

- Các yêu cầu phù hợp với môi trường xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ, chống sét, phòng chống cháy nổ, vv...

* An toàn dữ liệu

- Có các biện pháp sao lưu dữ liệu một cách định kỳ và không định kỳ trong các tình huống phát sinh.

- Có biện pháp lưu trữ dữ liệu tập trung và phân tán nhằm chia bớt rủi ro trong các trường hợp đặc biệt như cháy nổ, thiên tai, chiến tranh, vv..

1.1.1.b. Đánh giá trên phương diện logic

Đánh giá theo phương diện này có thể chia thành các yếu tố cơ bản sau:

* Tính bí mật, tin cậy (Confidentiality)

Là sự bảo vệ dữ liệu truyền đi khỏi những cuộc tấn công bị động. Có thể dùng vài mức bảo vệ để chống lại kiểu tấn công này. Dịch vụ rộng nhất là bảo vệ mọi dữ liệu của người sử dụng truyền giữa hai người dùng trong một khoảng thời gian. Nếu một kênh ảo được thiết lập giữa hai hệ thống, mức bảo vệ rộng sẽ ngăn chặn sự rò rỉ của bất kỳ dữ liệu nào truyền trên kênh đó.

Cấu trúc hẹp hơn của dịch vụ này bao gồm việc bảo vệ một bản tin riêng lẻ hay những trường hợp cụ thể bên trong một bản tin. Khía cạnh khác của tin bí mật là việc bảo vệ lưu lượng khỏi việc phân tích. Điều này làm cho những kẻ tấn công không thể quan sát được tần suất, độ dài của nguồn và đích hoặc những đặc điểm khác của lưu lượng trên một phương tiện giao tiếp.

* Tính xác thực (Authentication)

Liên quan tới việc đảm bảo rằng một cuộc trao đổi thông tin là đáng tin cậy. Trong trường hợp một bản tin đơn lẻ, ví dụ như một tín hiệu báo động hay cảnh báo, chức năng của dịch vụ ủy quyền là đảm bảo bên nhận rằng bản tin là từ nguồn mà nó xác nhận là đúng.

Trong trường hợp một tương tác đang xẩy ra, ví dụ kết nối của một đầu cuối đến máy chủ, có hai vấn đề sau: thứ nhất tại thời điểm khởi tạo kết nối, dịch vụ đảm bảo rằng hai thực thể là đáng tin. Mỗi chúng là một thực thể được xác nhận. Thứ hai, dịch vụ cần phải đảm bảo rằng kết nối là không bị gây nhiễu do một thực thể thứ ba có thể giả mạo là một trong hai thực thể hợp pháp để truyền tin hoặc nhận tin không được cho phép.

* Tính toàn vẹn (Integrity)

Cùng với tính bí mật, toàn vẹn có thể áp dụng cho một luồng các bản tin, một bản tin riêng biệt hoặc những trường lựa chọn trong bản tin. Một lần nữa, phương thức có ích nhất và dễ dàng nhất là bảo vệ toàn bộ luồng dữ liệu.

Một dịch vụ toàn vẹn hướng kết nối, liên quan tới luồng dữ liệu, đảm bảo rằng các bản tin nhận được cũng như gửi không có sự trùng lặp, chèn, sửa, hoán vị hoặc tái sử dụng. Việc hủy dữ liệu này cũng được bao gồm trong dịch vụ này. Vì vậy, dịch vụ toàn vẹn hướng kết nối phá hủy được cả sự thay đổi luồng dữ liệu và cả từ chối dữ liệu. Mặt khác, một dịch vụ toàn vẹn không kết nối, liên quan tới từng bản tin riêng lẻ, không quan tâm tới bất kỳ một hoàn cảnh rộng nào, chỉ cung cấp sự bảo vệ chống lại sửa đổi bản tin.

Chúng ta có thể phân biệt giữa dịch vụ có và không có phục hồi. Bởi vì dịch vụ toàn vẹn liên quan tới tấn công chủ động, chúng ta quan tâm tới phát hiện hơn là ngăn chặn. Nếu một sự vi phạm toàn vẹn được phát hiện, thì phần dịch vụ đơn giản là báo cáo sự vi phạm này và một vài những phần của phần mềm hoặc sự ngăn chặn của con người sẽ được yêu cầu để khôi phục từ những vi phạm đó. Có những cơ chế giành sẵn để khôi phục lại những mất mát của việc toàn vẹn dữ liệu.

* Tính không thể phủ nhận (Non repudiation)

Tính không thể phủ nhận bảo đảm rằng người gửi và người nhận không thể chối bỏ 1 bản tin đã được truyền. Vì vậy, khi một bản tin được gửi đi, bên nhận có thể chứng minh được rằng bản tin đó thật sự được gửi từ người gửi hợp pháp. Hoàn toàn tương tự, khi một bản tin được nhận, bên gửi có thể chứng minh được bản tin đó đúng thật được nhận bởi người nhận hợp lệ.

* Khả năng điều khiển truy nhập (Access Control)

Trong hoàn cảnh của an ninh mạng, điều khiển truy cập là khả năng hạn chế các truy nhập với máy chủ thông qua đường truyền thông. Để đạt được việc điều khiển này, mỗi một thực thể cố gắng đạt được quyền truy nhập cần phải được nhận diện, hoặc được xác nhận sao cho quyền truy nhập có thể được đáp ứng nhu cầu đối với từng người.

* Tính khả dụng, sẵn sàng (Availability)

Một hệ thống đảm bảo tính sẵn sàng có nghĩa là có thể truy nhập dữ liệu bất cứ lúc nào mong muốn trong vòng một khoảng thời gian cho phép. Các cuộc tấn công khác nhau có thể tạo ra sự mất mát hoặc thiếu về sự sẵn sàng của dịch vụ. Tính khả dụng của dịch vụ thể hiện khả năng ngăn chặn và khôi phục những tổn thất của hệ thống do các cuộc tấn công gây ra.

[uyenminh]

1.1.2. Các loại hình tấn công vào mạng

Các kiểu tấn công vào mạng ngày càng vô cùng tinh vi, phức tạp và khó lường, gây ra nhiều tác hại. Các kỹ thuật tấn công luôn biến đổi và chỉ được phát hiện sau khi đã để lại những hậu quả xấu. Một yêu cầu cần thiết để bảo vệ an toàn cho mạng là phải phân tích, thống kê và phân loại được các kiểu tấn công, tìm ra các lỗ hổng có thể bị lợi dụng để tấn công. Có thể phân loại các kiểu tấn công theo một số cách sau.

1.1.2.a. Theo tính chất xâm hại thông tin

- Tấn công chủ động: Là kiểu tấn công can thiệp được vào nội dung và luồng thông tin, sửa chữa hoặc xóa bỏ thông tin. Kiểu tấn công này dễ nhận thấy khi phát hiện được những sai lệch thông tin nhưng lại khó phòng chống.

- Tấn công bị động: Là kiểu tấn công nghe trộm, nắm bắt được thông tin nhưng không thể làm sai lạc hoặc hủy hoại nội dung và luồng thông tin. Kiểu tấn công này dễ phòng chống nhưng lại khó có thể nhận biết được thông tin có bị rò rỉ hay không.

1.1.2.b. Theo vị trí mạng bị tấn công

- Tấn công trực tiếp vào máy chủ cung cấp dịch vụ làm tê liệt máy chủ dẫn tới ngưng trệ dịch vụ, hay nói cách khác là tấn công vào các thiết bị phần cứng và hệ điều hành.

- Tấn công vào cơ sở dữ liệu làm rỏ rỉ, sai lệch hoặc mất thông tin.

- Tấn công vào các điểm (node) truyền tin trung gian làm nghẽn mạng hoặc có thể làm gián đoạn mạng.

- Tấn công đường truyền (lấy trộm thông tin từ đường truyền vật lý).

1.1.2.c. Theo kỹ thuật tấn công

- Tấn công từ chối dịch vụ (Denial of service): tấn công vào máy chủ làm tê liệt một dịch vụ nào đó.

- Tấn công kiểu lạm dụng quyền truy cập (Abose of acccess privileges): kẻ tấn công chui vào máy chủ sau khi đã vượt qua được các mức quyền truy cập. Sau đó sử dụng các quyền này để tấn công hệ thống.

- Tấn công kiểu ăn trộm thông tin vật lý (Physical theft): lấy trộm thông tin trên đường truyền vật lý.

- Tấn công kiểu thu lượm thông tin (information gather): bắt các tập tin lưu thông trên mạng, tập hợp thành những nội dung cần thiết.

- Tấn công kiểu bẻ khóa mật khẩu (password cracking): dò, phá, bẻ khóa mật khẩu.

- Tấn công kiểu khai thác những điểm yếu, lỗ hổng (exploitation of system and network vulnerabilities): tấn công trực tiếp vào các điểm yếu, lỗ hổng của mạng.

- Tấn công kiểu sao chép, ăn trộm thông tin (spoofing): giả mạo người khác để tránh bị phát hiện khi gửi thông tin vô nghĩa hoặc tấn công mạng.

- Tấn công bằng các đoạn mã nguy hiểm (malicious code): gửi theo gói tin đến hệ thống các đoạn mã mang tính chất nguy hại đến hệ thống.

1.1.2.d. Điểm lại một số kiểu tấn công mạng máy tính có dây

- Mạo danh: Mạo danh là một thành viên trong mạng để truy cập hệ thống, nhưng kiểu mạo danh hay gặp trong mạng có dây là giả làm các máy chủ như Web server, Mail server, Data server, .. để thu hút sự truy cập của máy Client, lấy nguồn thông tin mà Client cung cấp.

- Dò mật khẩu, giải mã dữ liệu: Trong mạng có dây thường thì quá trình trao đổi dữ liệu không được mã hóa, ví dụ như quá trình trao đổi dữ liệu giữa 2 máy tính trong một mạng LAN. Vì thế, quá trình quét, dò, thử, giải mã các thông tin, phổ biến nhất là mật khẩu, thông tin cá nhân của người sử dụng ở đây thường tập trung vào dữ liệu ở các lớp cao, ví dụ lớp Present của mô hình OSI 7 lớp . Kẻ tấn công có truy cập vào đến
hệ thống cơ sở dữ liệu và thực hiện giải mã ở đó.

- Tìm lỗ hổng trong hệ thống: Đây là một phương pháp khá thông dụng hiện nay và dường như không có biện pháp ngăn chặn bởi vì kẻ tấn công luôn tìm ra các lỗi phần mềm mới trong hệ thống, tiêu biểu nhất là của hệ điều hành Microsoft Windows, các hệ quản trị CSDL SQL Server, ...

- Chiếm quyền điều khiển: Việc chiếm quyền điều khiển có thể xuất phát từ việc dò lỗi của các lỗ hổng, cũng có thể do việc đưa được các chương trình của kẻ phá hoại ví dụ như virus vào được hệ thống. Khi đó kẻ tấn công có thể thực hiện phá hoại ngay hoặc có thể thu thập, bắt các thông tin trao của trên máy tính đó.

- Tấn công từ chối dịch vụ - DOS: Kiểu tấn công này cũng khá phổ biến, ngoài ra nó còn được phát triển thành những hình thức khác, ví dụ như DRDOS – Distributed Reflection DOS, tấn công từ chối dịch vụ kiểu phân tán bằng phản xạ, có nghĩa là kẻ tấn công có thể chỉ cần dùng một máy tính bình thường, đường truyền tốc độ thấp ra lệnh cho nhiều máy chủ cùng gửi bản tin tấn công DOS đến một máy chủ khác theo nguyên lý truyền phản xạ bản tin từ máy chủ này sang máy chủ kia.

[uyenminh]

1.2. Đảm bảo an ninh mạng

Trong một hệ thống truyền thông ngày nay, các loại dữ liệu như các quyết định, chỉ thị, tài liệu,.. được lưu chuyển trên mạng với một lưu lượng lớn, khổng lồ và đa dạng. Trong quá trình dữ liệu đi từ người gửi đến người nhận, chúng ta quan tâm đến vấn đề sau:

- Dữ liệu có bị sửa đổi không?

- Dữ liệu có bị mạo danh không?

Vì không thể có một giải pháp an toàn tuyệt đối nên người ta thường phải sử dụng đồng thời nhiều mức độ bảo vệ khác nhau trước các hoạt động xâm phạm. Việc bảo vệ thông tin trên mạng chủ yếu là bảo vệ thông tin trên các kho dữ liệu được cài đặt trong các Server của mạng. Bởi thế ngoài một số biện pháp nhằm chống thất thoát thông tin trên đường truyền, mọi cố gắng tập trung vào việc xây dựng các mức “rào chắn” từ ngoài vào trong cho các hệ thống kết nối vào mạng.


1.2.1. Quy trình xây dựng hệ thống thông tin an toàn

* Đánh giá và lập kế hoạch:

- Có các khóa đào tạo trước triển khai để người trực tiếp thực hiện nắm vững các thông tin về an toàn thông tin. Sau quá trình đào tạo người trực tiếp tham gia công việc biết rõ làm thể nào để bảo vệ các tài nguyên thông tin của mình.

- Đánh giá mức độ an toàn hệ thống về mọi bộ phận như các ứng dụng mạng, hệ thống, hệ điều hành, phần mềm ứng dụng, vv... Các đánh giá được thực hiện cả về mặt hệ thống mạng logic lẫn hệ thống vật lý. Mục tiêu là có cài nhìn tổng thể về an toàn của hệ thống của bạn, các điểm mạnh và điểm yếu.

- Các cán bộ chủ chốt tham gia làm việc để đưa ra được chính xác thực trạng an toàn hệ thống hiện tại và các yêu cầu mới về mức độ an toàn.

- Lập kế hoạch an toàn hệ thống.


* Phân tích hệ thống và thiết kế:

- Thiết kế hệ thống an toàn thông tin cho mạng.

- Lựa chọn các công nghệ và tiêu chuẩn về an toàn sẽ áp dụng.

- Xây dựng các tài liệu về chính sách an toàn cho hệ thống.


* Áp dụng vào thực tế:

- Thiết lập hệ thống an toàn thông tin trên mạng.

- Cài đặt các phần mềm tăng cường khả năng an toàn như firewall, các bản chữa lỗi, chương trình quét và diệt virus, các phần mềm theo dõi và ngăn chặn truy nhập bất hợp pháp.

- Thay đổi cấu hình các phần mềm hay hệ thống hiện sử dụng cho phù hợp.

- Phổ biến các chính sách an toàn đến nhóm quản trị hệ thống và từng người sử dụng trong mạng, quy định để tất cả mọi người nắm rõ các chức năng và quyền hạn của mình.


* Duy trì và bảo dưỡng:

- Đào tạo nhóm quản trị có thể nắm vững và quản lý được hệ thống.

- Liên tục bổ sung các kiến thức về an toàn thông tin cho những người có trách nhiệm như nhóm quản trị, lãnh đạo...

- Thay đổi các công nghệ an toàn để phù hợp với những yêu cầu mới.


1.2.2. Các biện pháp và công cụ bảo mật hệ thống

Có nhiều biện pháp và công cụ bảo mật hệ thống, ở đây xin liệt kê một số loại phổ biến, thường áp dụng.


* Kiểm soát truy nhập (Access Control):

Kiểm soát quyền truy nhập bảo vệ cho hệ thống khỏi các mối đe dọa bằng cách xác định cái gì có thể đi vào và đi ra khỏi mạng. Việc kiểm soát truy nhập sẽ xác định trên mọi dịch vụ và ứng dụng cơ bản hoạt động trên hệ thống.


* Kiểm soát sự xác thực người dùng (Authentication):

Kiểm soát sự xác thực người sử dụng là bước tiếp theo sau khi được truy nhập vào mạng. Người sử dụng muốn truy nhập vào các tài nguyên của mạng thì sẽ phải được xác nhận bởi hệ thống bảo mật. Có thể có mấy cách kiểm soát sự xác thực người sử dụng:

- Xác thực người sử dụng: cung cấp quyền sử dụng các dịch vụ cho mỗi người dùng. Mỗi khi muốn sử dụng một tài nguyên hay dịch vụ của hệ thống, anh ta sẽ phải được xác thực bởi một máy chủ xác thực người sử dụng và kiểm tra xem có quyền sử dụng dịch vụ hay tài nguyên của hệ thống không.

- Xác thực trạm làm việc: Cho phép người sử dụng có quyền truy nhập tại những máy có địa chỉ xác định. Ngược lại với việc xác thực người sử dụng, xác thực trạm làm việc không giới hạn với các dịch vụ.

- Xác thực phiên làm việc: Cho phép người sử dụng phải xác thực để sử dụng từng dịch vụ trong mỗi phiên làm việc.

- Có nhiều công cụ dùng cho việc xác thực, ví dụ như:

+ TACAC: dùng cho việc truy nhập từ xa thông qua Cisco Router.

+ RADIUS: khá phổ biến cho việc truy nhập từ xa (Remote Access).

+ Firewall-1: cũng là một công cụ mạnh cho phép xác thực cả 3 loại ở trên.


* Bảo vệ hệ điều hành:

Một trong những mối đe doạ mạng đó là việc người dùng trong mạng có thể truy nhập vào hệ điều hành cơ sở của các máy chủ, thay đổi cấu hình hệ điều hành và do đó có thể làm thay đổi chính sách bảo mật của hệ thống, vì vậy phải có chỉ định và cấp quyền và trách nhiệm một các rõ ràng.


* Phòng chống những người dùng trong mạng:

- Sử dụng phần mềm crack: Các chương trình crack có thể bẻ khóa, sửa đổi các quy tắc hoạt động của chương trình phần mềm. Vì vậy có 1 ý tưởng là sử dụng chính các chương trình crack này để phát hiện các lỗi của hệ thống.

- Sử dụng mật khẩu một lần: Mật khẩu một lần là mật khẩu chỉ được dùng một lần khi truy nhập vào mạng. Mật khẩu này sẽ chỉ dùng một lần sau đó sẽ không bao giờ được dùng nữa. Nhằm phòng chống những chương trình bắt mật khẩu để đánh cắp tên và mật khẩu của người sử dụng khi chúng được truyền qua mạng.


* Kiểm soát nội dung thông tin:

Việc kiểm soát nội dung thông tin bao gồm:

- Diệt virus: Quét nội dung các dữ liệu gửi qua cổng truy nhập mạng để phát hiện các virus và tự động diệt.

- Kiểm soát thư tín điện tử : Bằng cách có thể kiểm soát, xác nhận những e-mail từ người nào đó hay không cho phép gửi thư đến người nào đó, kiểm soát các file gửi kèm, giới hạn kích thước của thư và chống virus đi kèm.

- Kiểm soát dịch vụ kết nối mạng khác.


* Mã hoá dữ liệu:

Việc mã hoá dữ liệu là một phần quan trọng trong việc bảo mật. Dữ liệu quan trọng sẽ được mã hoá trước khi được chuyển đi qua mạng hay qua lưu trữ.

Với việc phát triển các giao dịch điện tử việc mã hoá và bảo mật các thông tin thương mại trên mạng. Đây là một vấn đề nóng hổi đối với các nhà phát triển trên thế giới và cũng là một đề tài cần phải nghiên cứu và phát triển.


* Xác nhận chữ ký điện tử:

Trong môi trường mạng, việc trao đổi thông điệp đòi hỏi phải có sự xác nhận người gửi. Việc xác nhận người gửi đảm bảo rằng bức thông điệp đó thực sự được gửi từ người gửi chứ không phải ai khác (sử dụng thời gian lận tên người gửi đó). Công nghệ chữ ký điện tử ra đời để phục vụ việc xác nhận người gửi này.

Thực chất của công nghệ chữ ký điện tử này chính là chữ ký của người gửi sẽ được mã hoá thông qua khoá private chỉ có người gửi có. Chữ ký được mã hóa sẽ được gửi kèm bức thông điệp đến tay người nhận, và người nhận sử dụng khoá công cộng do người gửi cung cấp để giải mã và xác nhận xem chữ ký đó là đúng hay sai.

[uyenminh]

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY


2.1. Công nghệ sử dụng sóng hồng ngoại

Sử dụng ánh sáng hồng ngoại là một cách thay thế các sóng vô tuyến để kết nối các thiết bị không dây, bước sóng hồng ngoại từ khoảng 0.75-1000 micromet. Ánh sáng hồng ngoại không truyền qua được các vật chắn sáng, không trong suốt. Về hiệu suất ánh sáng hồng ngoại có độ rộng băng tần lớn, làm cho tín hiệu có thể truyền dữ liệu với tốc độ rất cao, tuy nhiên ánh sáng hồng ngoại không thích hợp như sóng vô tuyến cho các ứng dụng di động do vùng phủ sóng hạn chế. Phạm vi phủ sóng của nó khoảng 10m, một phạm vị quá nhỏ. Vì vậy mà nó thường ứng dụng cho các điện thoại di động, máy tính có cổng hồng ngoại trao đổi thông tin với nhau với điều kiện là đặt sát gần nhau.

2.2. Công nghệ Bluetooth

Bluetooth hoạt động ở dải tần 2.4Ghz, sử dụng phương thức trải phổ FHSS. Trong mạng Bluetooth, các phần tử có thể kết nối với nhau theo kiểu Adhoc ngang hàng hoặc theo kiểu tập trung, có 1 máy xử lý chính và có tối đa là 7 máy có thể kết nối vào. Khoảng cách chuẩn để kết nối giữa 2 đầu là 10 mét, nó có thể truyền qua tường, qua các đồ đạc vì công nghệ này không đòi hỏi đường truyền phải là tầm nhìn thẳng (LOS-Light of Sight). Tốc độ dữ liệu tối đa là 740Kbps (tốc độ của dòng bit lúc đó tương ứng khoảng 1Mbps. Nhìn chung thì công nghệ này còn có giá cả cao.

2.3. Công nghệ HomeRF

Công nghệ này cũng giống như công nghệ Bluetooth, hoạt động ở dải tần 2.4GHz, tổng băng thông tối đa là 1,6Mbps và 650Kbps cho mỗi người dùng. HomeRF cũng dùng phương thức điều chế FHSS. Điểm khác so với Bluetooth là công nghệ HomeRF hướng tới thị trường nhiều hơn. Việc bổ xung chuẩn SWAP - Standard Wireless Access Protocol cho HomeRF cung cấp thêm khả năng quản lý các ứng dụng multimedia một cách hiệu quả hơn.

2.4. Công nghệ HyperLAN

HyperLAN – High Performance Radio LAN theo chuẩn của Châu Âu là tương đương với công nghệ 802.11. HyperLAN loại 1 hỗ trợ băng thông 20Mpbs, làm việc ở dải tần 5GHz . HyperLAN 2 cũng làm việc trên dải tần này nhưng hỗ trợ băng thông lên tới 54Mpbs. Công nghệ này sử dụng kiểu kết nối hướng đối tượng (connection oriented) hỗ trợ nhiều thành phần đảm bảo chất lượng, đảm bảo cho các ứng dụng Multimedia.



2.5. Công nghệ Wimax

Wimax là mạng WMAN bao phủ một vùng rộng lớn hơn nhiều mạng WLAN, kết nối nhiều toà nhà qua những khoảng cách địa lý rộng lớn. Công nghệ Wimax dựa trên chuẩn IEEE 802.16 và HiperMAN cho phép các thiết bị truyền thông trong một bán kính lên đến 50km và tốc độ truy nhập mạng lên đến 70 Mbps.

2.6. Công nghệ WiFi

WiFi là mạng WLAN bao phủ một vùng rộng hơn mạng WPAN, giới hạn đặc trưng trong các văn phòng, nhà hàng, gia đình,… Công nghệ WiFi dựa trên chuẩn IEEE 802.11 cho phép các thiết bị truyền thông trong phạm vi 100m với tốc độ 54Mbps. Hiện nay công nghệ này khá phổ biến ở những thành phố lớn mà đặc biệt là trong các quán cafe.

2.7. Công nghệ 3G

3G là mạng WWAN - mạng không dây bao phủ phạm phạm vi rộng nhất. Mạng 3G cho phép truyền thông dữ liệu tốc độ cao và dung lượng thoại lớn hơn cho những người dùng di động. Những dịch vụ tế bào thế hệ kế tiếp cũng dựa trên công nghệ 3G.

2.8. Công nghệ UWB

UWB (Ultra Wide Band) là một công nghệ mạng WPAN tương lai với khả năng hỗ trợ thông lượng cao lên đến 400 Mbps ở phạm vi ngắn tầm 10m. UWB sẽ có lợi ích giống như truy nhập USB không dây cho sự kết nối những thiết bị ngoại vi máy tính tới PC.

[uyenminh]

CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH KHÔNG DÂY


3.1. Thế nào là mạng máy tính không dây?

3.1.1. Giới thiệu

Thuật ngữ “mạng máy tính không dây” nói đến công nghệ cho phép hai hay nhiều máy tính giao tiếp với nhau dùng những giao thức mạng chuẩn nhưng không cần dây cáp mạng. Nó là một hệ thống mạng dữ liệu linh hoạt được thực hiện như một sự mở rộng hoặc một sự lựa chọn mới cho mạng máy tính hữu tuyến ( hay còn gọi là mạng có dây ). Các mạng máy tính không dây sử dụng các sóng điện từ không gian (sóng vô tuyến hoặc sóng ánh sáng) thu, phát dữ liệu qua không khí, giảm thiểu nhu cầu về kết nối bằng dây. Vì vậy, các mạng máy tính không dây kết hợp liên kết dữ liệu với tính di động của người sử dụng.

Công nghệ này bắt nguồn từ một số chuẩn công nghiệp như là IEEE 802.11 đã tạo ra một số các giải pháp không dây có tính khả thi trong kinh doanh, công nghệ chế tạo, các trường đại học… khi mà ở đó mạng hữu tuyến là không thể thực hiện được. Ngày nay, các mạng máy tính không dây càng trở nên quen thuộc hơn, được công nhận như một sự lựa chọn kết nối đa năng cho một phạm vi lớn các khách hàng kinh doanh.

3.1.2. Ưu điểm của mạng máy tính không dây

Mạng máy tính không dây đang nhanh chóng trở thành một mạng cốt lõi trong các mạng máy tính và đang phát triển vượt trội. Với công nghệ này, những người sử dụng có thể truy cập thông tin dùng chung mà không phải tìm kiếm chỗ để nối dây mạng, chúng ta có thể mở rộng phạm vi mạng mà không cần lắp đặt hoặc di chuyển dây. Các mạng máy tính không dây có ưu điểm về hiệu suất, sự thuận lợi, cụ thể như sau:

-Tính di động: những người sử dụng mạng máy tính không dây có thể truy nhập nguồn thông tin ở bất kỳ nơi nào. Tính di động này sẽ tăng năng suất và tính kịp thời thỏa mãn nhu cầu về thông tin mà các mạng hữu tuyến không thể có được.

-Tính đơn giản: lắp đặt, thiết lập, kết nối một mạng máy tính không dây là rất dễ dàng, đơn giản và có thể tránh được việc kéo cáp qua các bức tường và trần nhà.

-Tính linh hoạt: có thể triển khai ở những nơi mà mạng hữu tuyến không thể triển khai được.

-Tiết kiệm chi phí lâu dài: trong khi đầu tư cần thiết ban đầu đối với phần cứng của một mạng máy tính không dây có thể cao hơn chi phí phần cứng của một mạng hữu tuyến nhưng toàn bộ phí tổn lắp đặt và các chi phí về thời gian tồn tại có thể thấp hơn đáng kể. Chi phí dài hạn có lợi nhất trong các môi trường động cần phải di chuyển và thay đổi thường xuyên.

-Khả năng vô hướng: các mạng máy tính không dây có thể được cấu hình theo các topo khác nhau để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng và lắp đặt cụ thể. Các cấu hình dễ dàng thay đổi từ các mạng ngang hàng thích hợp cho một số lượng nhỏ người sử dụng đến các mạng có cơ sở hạ tầng đầy đủ dành cho hàng nghìn người sử dụng mà có khả năng di chuyển trên một vùng rộng.

3.1.3. Hoạt động của mạng máy tính không dây

Các mạng máy tính không dây sử dụng các sóng điện từ không gian (vô tuyến hoặc ánh sáng) để truyền thông tin từ một điểm tới điểm khác. Các sóng vô tuyến thường được xem như các sóng mang vô tuyến do chúng chỉ thực hiện chức năng cung cấp năng lượng cho một máy thu ở xa. Dữ liệu đang được phát được điều chế trên sóng mang vô tuyến (thường được gọi là điều chế sóng mang nhờ thông tin đang được phát) sao cho có thể được khôi phục chính xác tại máy thu.

Nhiễu sóng mang vô tuyến có thể tồn tại trong cùng không gian, tại cùng thời điểm mà không can nhiễu lẫn nhau nếu các sóng vô tuyến được phát trên các tần số vô tuyến khác nhau. Để nhận lại dữ liệu, máy thu vô tuyến sẽ thu trên tần số vô tuyến của máy phát tương ứng.

Trong một cấu hình mạng máy tính không dây tiêu chuẩn, một thiết bị thu/phát (bộ thu/phát) được gọi là một điểm truy cập, nối với mạng hữu tuyến từ một vị trí cố định sử dụng cáp tiêu chuẩn. Chức năng tối thiểu của điểm truy cập là thu, làm đệm, và phát dữ liệu giữa mạng máy tính không dây và cơ sở hạ tầng mạng hữu tuyến. Một điểm truy cập đơn có thể hỗ trợ một nhóm nhỏ người sử dụng và có thể thực hiện chức năng trong một phạm vi từ một trăm đến vài trăm feet. Điểm truy cập (hoặc anten được gắn vào điểm truy cập) thường được đặt cao nhưng về cơ bản có thể được đặt ở bất kỳ chỗ nào miễn là đạt được vùng phủ sóng mong muốn.

Những người sử dụng truy cập vào mạng máy tính không dây thông qua các bộ thích ứng máy tính không dây như các Card mạng không dây trong các vi máy tính, các máy Palm, PDA. Các bộ thích ứng máy tính không dây cung cấp một giao diện giữa hệ thống điều hành mạng (NOS – Network Operation System) của máy khách và các sóng không gian qua một anten. Bản chất của kết nối không dây là trong suốt đối với hệ điều hành mạng.

[uyenminh]

3.1.4. Các mô hình của mạng máy tính không dây cơ bản

3.1.4.a. Kiểu Ad – hoc

Mỗi máy tính trong mạng giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua các thiết bị card mạng không dây mà không dùng đến các thiết bị định tuyến hay thu phát không dây.

Hình 3.1. Mô hình mạng Ad – hoc ( hay mạng ngang hàng )

3.1.4.b. Kiểu Infrastructure

Các máy tính trong hệ thống mạng sử dụng một hoặc nhiều các thiết bị định tuyến hay thiết bị thu phát để thực hiện các hoạt động trao đổi dữ liệu với nhau và các hoạt động khác.

3.1.5. Cự ly truyền sóng, tốc độ truyền dữ liệu

Truyền sóng điện từ trong không gian sẽ gặp hiện tượng suy hao. Vì thế đối với kết nối không dây nói chung, khoảng cách càng xa thì khả năng thu tín hiệu càng kém, tỷ lệ lỗi sẽ tăng lên, dẫn đến tốc độ truyền dữ liệu sẽ phải giảm xuống.

Các tốc độ của chuẩn không dây như 11 Mbps hay 54 Mbps không liên quan đến tốc độ kết nối hay tốc độ download, vì những tốc độ này được quyết định bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet.

Với một hệ thống mạng không dây, dữ liệu được giử qua sóng radio nên tốc độ có thể bị ảnh hưởng bởi các tác nhân gây nhiễu hoặc các vật thể lớn. Thiết bị định tuyến không dây sẽ tự động điều chỉnh xuống các mức tốc độ thấp hơn. (Ví dụ như là từ 11Mbps sẽ giảm xuống còn 5,5 Mbps và 2 Mbps hoặc thậm chí là 1 Mbps).


3.2. Kỹ thuật điều chế trải phổ

Hầu hết các mạng LAN không dây sử dụng công nghệ trải phổ. Điều chế trải phổ trải năng lượng của tín hiệu trên một độ rộng băng tần truyền dẫn lớn hơn nhiều so với độ rộng băng tần cần thiết tối thiểu. Điều này trái với mong muốn bảo toàn độ rộng băng tần nhưng quá trình trải phổ làm cho tín hiệu ít bị nhiễu điện từ hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế vô tuyến thông thường. Truyền dẫn khác và nhiễu điện từ thường là băng hẹp sẽ chỉ gây can nhiễu với một phần nhỏ của tín hiệu trải phổ, nó sẽ gây ra ít nhiễu và ít lỗi hơn nhiều khi các máy thu giải điều chế tín hiệu.

Điều chế trải phổ không hiệu quả về độ rộng băng tần khi được sử dụng bởi một người sử dụng. Tuy nhiên, do nhiều người sử dụng có thể dùng chung cùng độ rộng băng tần phổ mà không can nhiễu với nhau, các hệ thống trải phổ trở nên có hiệu quả về độ rộng băng tần trong môi trường nhiều người sử dụng. Điều chế trải phổ sử dụng hai phương pháp trải tín hiệu trên một băng tần rộng hơn: trải phổ chuỗi trực tiếp và trải phổ nhẩy tần.

3.2.1. Trải phổ trực tiếp DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum

Trải phổ chuỗi trực tiếp kết hợp một tín hiệu dữ liệu tại trạm gửi với một chuỗi bit tốc độ dữ liệu cao hơn nhiều, mà nhiều người xem như một chipping code (còn gọi là một gain xử lý). Một gain xử lý cao làm tăng khả năng chống nhiễu của tín hiệu. Gain xử lý tuyến tính tối thiểu mà FCC – Federal Communications Commission cho phép là 10, và hầu hết các sản phẩm khai thác dưới 20. Nhóm làm việc của Viện nghiên cứu điện-điện tử IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers đặt gain xử lý tối thiểu cần thiết của 802.11 là 11.

Hình 3.2. Hoạt động của trải phổ chuỗi trực tiếp

Hình trên cho thấy một ví dụ về hoạt động của trải phổ chuỗi trực tiếp. Một chipping code được biểu thị bởi các bit dữ liệu logic 0 và 1. Khi luồng dữ liệu được phát, mã tương ứng được gửi. Ví dụ, truyền dẫn một bit dữ liệu bằng 0 sẽ dẫn đến chuỗi 00010011100 đang được gửi.

Nhiều sản phẩm trải phổ chuỗi trực tiếp trên thị trường sử dụng nhiều hơn một kênh trên cùng một khu vực, tuy nhiên số kênh khả dụng bị hạn chế. Với chuỗi trực tiếp, nhều sản phẩm hoạt động trên các kênh riêng biệt bằng cách chia băng tần số thành các kênh tần số không gối nhau. Điều này cho phép một số mạng riêng biệt hoạt động mà không can nhiễu lẫn nhau. Tuy nhiên, độ rộng băng tần phải đủ để điều tiết
các tốc độ dữ liệu cao, chỉ có thể có một số kênh.

3.2.2. Trải phổ nhẩy tần FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum

Trong trải phổ nhẩy tần, tín hiệu dữ liệu của người sử dụng được điều chế với một tín hiệu sóng mang. Các tần số sóng mang của những người sủ dụng riêng biệt được làm cho khác nhau theo kiểu giả ngẫu nhiên trong một kênh băng rộng. Dữ liệu số được tách thành các cụm dữ liệu kích thước giống nhau được phát trên các tần số sóng mang khác nhau. Độ rộng băng tần tức thời của các cụm truyền dẫn nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ độ rộng băng tần trải phổ. Mã giả ngẫu nhiên thay đổi các tần số sóng mang của người sử dụng, ngẫu nhiên hóa độ chiếm dụng của một kênh kênh cụ thể tại bất kỳ thời điểm nào. Trong máy thu nhẩy tần, một mã giả ngẫu nhiên được phát nội bộ được sử dụng để đồng bộ tần số tức thời của các máy thu với các máy phát. Tại bất kỳ thời điểm nào, một tín hiệu nhẩy tần chiếm một kênh đơn tương đối hẹp. Nếu tốc độ thay đổi của tần số sóng mang lớn hơn nhiều so với tốc độ ký tự thì hệ thống được coi như là một hệ thống nhẩy tần nhanh. Nếu kênh thay đổi tại một tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ ký tự thì hệ thống được gọi là nhẩy tần chậm.

Hình 3.3. Mô hình nhảy tần CABED

Một hệ thống nhẩy tần cung cấp một mức bảo mật, đặc biệt là khi sử dụng một số lượng lớn kênh, do một máy thu vô tình không biết chuỗi giả ngẫu nhiên của các khe tần số phải dò lại nhanh chóng để tìm tín hiệu mà họ muốn nghe trộm. Ngoài ra, tín hiệu nhảy tần hạn chế được fading, do có thể sử dụng sự mã hóa điều khiển lỗi và sự xen kẽ để bảo vệ tín hiệu nhẩy tần khỏi sự suy giảm rõ rệt đôi khi có thể xảy ra trong quá trình nhẩy tần. Việc mã hóa điều khiển lỗi và xen kẽ cũng có thể được kết hợp để tránh một kênh xóa bỏ khi hai hay nhiều người sử dụng phát trên cùng kênh tại cùng thời điểm.

3.2.3. Công nghệ ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing

OFDM là một công nghệ đã ra đời từ nhiều năm trước đây, từ những năm 1960, 1970 khi người ta nghiên cứu về hiện tượng nhiễu xẩy ra giữa các kênh, nhưng nó chỉ thực sự trở nên phổ biến trong những năm gần đây nhờ sự phát triển của công nghệ xử lý tín hiệu số. OFDM được đưa vào áp dụng cho công nghệ truyền thông không dây băng thông rộng nhằm khắc phục một số nhược điểm và tăng khả năng về băng thông cho công nghệ mạng không dây, nó được áp dụng cho chuẩn IEEE 802.11a và chuẩn ETSI HiperLAN/2, nó cũng được áp dụng cho công nghệ phát thanh, truyền hình ở các nước Châu Âu.

Hình 3.4. Phương thức điều chế OFDM

OFDM là một phương thức điều chế đa sóng mang được chia thành nhiều luồng dữ liệu với nhiều sóng mang khác nhau (hay còn gọi là những kênh hẹp) truyền cùng nhau trên một kênh chính, mỗi luồng chỉ chiếm một tỷ lệ dữ liệu rất nhỏ. Sau khi bên thu nhận dữ liệu, nó sẽ tổng hợp các nhiều luồng đó để ghép lại bản tin ban đầu. Nguyên lý hoạt động của phương thức này cũng giống như của công nghệ CDMA .

[uyenminh]

3.3. Các chuẩn của 802.11

IEEE ( Institute of Electrical and Electronic Engineers ) là tổ chức đi tiên phong trong lĩnh vực chuẩn hóa mạng LAN với đề án IEEE 802 nổi tiếng bắt đầu triển khai từ năm 1980 và kết quả là hàng loạt chuẩn thuộc họ IEEE 802.x ra đời, tạo nên một sự hội tụ quan trọng cho việc thiết kế và cài đặt các mạng LAN trong thời gian qua.

802.11 là một trong các chuẩn của họ IEEE 802.x bao gồm họ các giao thức truyền tin qua mạng không dây. Trước khi giới thiệu 802.11 chúng ta sẽ cùng điểm qua một số chuẩn 802 khác:

- 802.1: các Cầu nối (Bridging), Quản lý (Management) mạng LAN, WAN
- 802.2: điều khiển kết nối logic
- 802.3: các phương thức hoạt động của mạng Ethernet
- 802.4: mạng Token Bus
- 802.5: mạng Token Ring
- 802.6: mạng MAN
- 802.7: mạng LAN băng rộng
- 802.8: mạng quang
- 802.9: dịch vụ luồng dữ liệu
- 802.10: an ninh giữa các mạng LAN
- 802.11: mạng LAN không dây – Wireless LAN
- 802.12: phương phức ưu tiên truy cập theo yêu cầu
- 802.13: chưa có
- 802.14: truyền hình cáp
- 802.15: mạng PAN không dây
- 802.16: mạng không dây băng rộng

Chuẩn 802.11 chủ yếu cho việc phân phát các MSDU (đơn vị dữ liệu dịch vụ của MAC) giữa các kết nối LLC (điều khiển liên kết logic ).

Chuẩn 802.11 được chia làm hai nhóm: nhóm lớp vật lý PHY và nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC.

3.3.1. Nhóm lớp vật lý PHY

3.3.1.a. Chuẩn 802.11b

802.11b là chuẩn đáp ứng đủ cho phần lớn các ứng dụng của mạng. Với một giải pháp rất hoàn thiên, 802.11b có nhiều đặc điểm thuận lợi so với các chuẩn không dây khác. Chuẩn 802.11b sử dụng kiểu trải phổ trực tiếp DSSS, hoạt động ở dải tần 2,4GHz, tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 11 Mbps trên một kênh, tốc độ thực tế là khoảng từ 4-5 Mbps. Khoảng cách có thể lên đến 500 mét trong môi trường mở rộng. Khi dùng chuẩn này tối đa có 32 người dùng/điểm truy cập.

Đây là chuẩn đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới và được trỉên khai rất mạnh hiện nay do công nghệ này sử dụng dải tần không phải đăng ký cấp phép phục vụ cho công nghiệp, dịch vụ, y tế.

Nhược điểm của 802.11b là họat động ở dải tần 2,4 GHz trùng với dải tần của nhiều thiết bị trong gia đình như lò vi sóng , điện thoại mẹ con ... nên có thể bị nhiễu.

3.3.1.b. Chuẩn 802.11a

Chuẩn 802.11a là phiên bản nâng cấp của 802.11b, hoạt động ở dải tần 5 GHz , dùng công nghệ trải phổ OFDM. Tốc độ tối đa từ 25 Mbps đến 54 Mbps trên một kênh, tốc độ thực tế xấp xỉ 27 Mbps, dùng chuẩn này tối đa có 64 người dùng/điểm truy cập. Đây cũng là chuẩn đã được chấp nhận rộng rãi trên thế giới.

3.3.1.c. Chuẩn 802.11g

Các thiết bị thuộc chuẩn này hoạt động ở cùng tần số với chuẩn 802.11b là 2,4 Ghz. Tuy nhiên chúng hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu nhanh gấp 5 lần so với chuẩn 802.11b với cùng một phạm vi phủ sóng, tức là tốc độ truyền dữ liệu tối đa lên đến 54 Mbps, còn tốc độ thực tế là khoảng 7-16 Mbps. Chuẩn 802.11g sử dụng phương pháp điều chế OFDM, CCK – Complementary Code Keying và PBCC – Packet Binary Convolutional Coding. Các thiết bị thuộc chuẩn 802.11b và 802.11g hoàn toàn tương thích với nhau. Tuy nhiên cần lưu ý rằng khi bạn trộn lẫn các thiết bị của hai chuẩn đó với nhau thì các thiết bị sẽ hoạt động theo chuẩn nào có tốc độ thấp hơn.

3.3.1.d. Chuẩn 802.11n

Chuẩn mới nhất trong danh mục Wi-Fi chính là 802.11n. Đây là chuẩn được thiết kế để cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông được hỗ trợ bằng cách tận dụng nhiều tín hiệu không dây và các anten (công nghệ MIMO). Khi chuẩn này được đưa ra, các kết nối 802.11n sẽ hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 100 Mbps. 802.11n cũng cung cấp phạm vi bao phủ tốt hơn so với các chuẩn Wi-Fi trước nó nhờ cường độ tín hiệu mạnh của nó. Thiết bị 802.11n sẽ tương thích với các thiết bị 802.11g.

3.3.2. Nhóm lớp liên kết dữ liệu MAC

3.3.2.a. Chuẩn 802.11d

Chuẩn 802.11d bổ sung một số tính năng đối với lớp MAC nhằm phổ biến WLAN trên toàn thế giới. Một số nước trên thế giới có quy định rất chặt chẽ về tần số và mức năng lượng phát sóng vì vậy 802.11d ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đó. Tuy nhiên, chuẩn 802.11d vẫn đang trong quá trình phát triển và chưa được chấp nhận rộng rãi như là chuẩn của thế giới.

3.3.2.b. Chuẩn 802.11e

Đây là chuẩn được áp dụng cho cả 802.11 a,b,g. Mục tiêu của chuẩn này nhằm cung cấp các chức năng về chất lượng dịch vụ - QoS cho WLAN. Về mặt kỹ thuật, cũng bổ sung một số tính năng cho lớp con MAC. Nhờ tính năng này, WLAN 802.11 trong một tương lại không xa có thể cung cấp đầy đủ các dịch vụ như voice, video, các dịch vụ đòi hỏi QoS rất cao. Chuẩn 802.11e hiện nay vẫn đang trong qua trình phát triển và chưa chính thức áp dụng trên toàn thế giới.

3.3.2.c. Chuẩn 802.11f

Đây là một bộ tài liệu khuyến nghị của các nhà sản xuất để các Access Point của các nhà sản xuất khác nhau có thể làm việc với nhau. Điều này là rất quan trọng khi quy mô mạng lưới đạt đến mức đáng kể. Khi đó mới đáp ứng được việc kết nối mạng không dây liên cơ quan, liên xí nghiệp có nhiều khả năng không dùng cùng một chủng loại thiết bị.

3.3.2.d. Chuẩn 802.11h

Tiêu chuẩn này bổ sung một số tính năng cho lớp con MAC nhằm đáp ứng các quy định châu Âu ở dải tần 5GHz. Châu Âu quy định rằng các sản phẩm dùng dải tần 5 GHz phải có tính năng kiểm soát mức năng lượng truyền dẫn TPC - Transmission Power Control và khả năng tự động lựa chọn tần số DFS - Dynamic Frequency Selection. Lựa chọn tần số ở Access Point giúp làm giảm đến mức tối thiểu can nhiễu đến các hệ thống radar đặc biệt khác.

3.3.2.e. Chuẩn 802.11i

Đây là chuẩn bổ sung cho 802.11 a, b, g nhằm cải thiện về mặt an ninh cho mạng không dây. An ninh cho mạng không dây là một giao thức có tên là WEP, 802.11i cung cấp những phương thức mã hóa và những thủ tục xác nhận, chứng thực mới có tên là 802.1x. Chuẩn này vẫn đang trong giai đoạn phát triển.

[uyenminh]

3.4. Các kiến trúc cơ bản của chuẩn 802.11

3.4.1. Trạm thu phát - STA

STA – Station, các trạm thu/phát sóng. Thực chất ra là các thiết bị không dây kết nối vào mạng như máy vi tính, máy Palm, máy PDA, điện thoại di động, vv... với vai trò như phần tử trong mô hình mạng ngang hàng Pear to Pear hoặc Client trong mô hình Client/Server. Trong phạm vi báo cáo này chỉ đề cập đến thiết bị không dây là máy vi tính (thường là máy xách tay cũng có thể là máy để bàn có card mạng kết nối không dây). Có trường hợp trong báo cáo này gọi thiết bị không dây là STA, có lúc là Client, cũng có lúc gọi trực tiếp là máy tính xách tay. Thực ra là như nhau nhưng cách gọi tên khác nhau cho phù hợp với tình huống đề cập.

3.4.2. Điểm truy cập – AP

Điểm truy cập – Acces Point là thiết bị không dây, là điểm tập trung giao tiếp với các STA, đóng vai trò cả trong việc truyền và nhận dữ liệu mạng. AP còn có chức năng kết nối mạng không dây thông qua chuẩn cáp Ethernet, là cầu nối giữa mạng không dây với mạng có dây. AP có phạm vi từ 30m đến 300m phụ thuộc vào công nghệ và cấu hình.

3.4.3. Trạm phục vụ cơ bản – BSS

Kiến trúc cơ bản nhất trong WLAN 802.11 là BSS – Base Service Set. Đây là đơn vị của một mạng con không dây cơ bản. Trong BSS có chứa các STA, nếu không có AP thì sẽ là mạng các phần tử STA ngang hàng (còn được gọi là mạng Adhoc), còn nếu có AP thì sẽ là mạng phân cấp (còn gọi là mạng Infrastructure). Các STA trong cùng một BSS thì có thể trao đổi thông tin với nhau. Người ta thường dùng hình Oval để biểu thị phạm vi của một BSS. Nếu một STA nào đó nằm ngoài một hình Oval thì coi như STA không giao tiếp được với các STA, AP nằm trong hình Oval đó. Việc kết hợp giữa STA và BSS có tính chất động vì STA có thể di chuyển từ BSS này sang BSS khác. Một BSS được xác định bởi mã định danh hệ thống ( SSID – System Set Identifier ), hoặc nó cũng có thể hiểu là tên của mạng không dây đó.

Hình 3.5. Mô hình một BSS

3.4.4. BSS độc lập – IBSS

Trong mô hình IBSS – Independent BSS, là các BSS độc lập, tức là không có kết nối với mạng có dây bên ngoài. Trong IBSS, các STA có vai trò ngang nhau. IBSS thường được áp dụng cho mô hình Adhoc bởi vì nó có thể được xây dựng nhanh chóng mà không phải cần nhiều kế hoạch.

3.4.5. Hệ thống phân tán – DS

Người ta gọi DS – Distribution System là một tập hợp của các BSS. Mà các BSS này có thể trao đổi thông tin với nhau. Một DS có nhiệm vụ kết hợp với các BSS một cách thông suốt và đảm bảo giải quyết vấn đề địa chỉ cho toàn mạng.

3.4.6. Hệ thống phục vụ mở rộng - ESS

ESS – Extended Service Set là một khái niệm rộng hơn. Mô hình ESS là sự kết hợp giữa DS và BSS cho ta một mạng với kích cỡ tùy ý và có đầy đủ các tính năng phức tạp. Đặc trưng quan trọng nhất trong một ESS là các STA có thể giao tiếp với nhau và di chuyển từ một vùng phủ sóng của BSS này sang vùng phủ sóng của BSS mà vẫn trong suốt với nhau ở mức LLC – Logical Link Control.

Hình 3.6. Mô hình ESS

3.4.7. Mô hình thực tế

3.4.7.a. Mạng không dây kết nối với mạng có dây

Trên thực tế thì có rất nhiều mô hình mạng không dây từ một vài máy tính kết nối Adhoc đến mô hình WLAN, WWAN, mạng phức hợp. Sau đây là 2 loại mô hình kết nối mạng không dây phổ biến, từ 2 mô hình này có thể kết hợp để tạo ra nhiều mô hình phức tạp, đa dạng khác.

Hình 3.7. Mô hình mạng không dây kết nối với mạng có dây

AP sẽ làm nhiệm vụ tập trung các kết nối không dây, đồng thời nó kết nối vào mạng WAN (hoặc LAN) thông qua giao diện Ethernet RJ45, ở phạm vi hẹp có thể coi AP làm nhiệm vụ như một router định tuyến giữa 2 mạng này.

3.4.7.b. Hai mạng có dây kết nối với nhau bằng kết nối không dây

Hình 3.8. Mô hình 2 mạng có dây kết nối với nhau bằng kết nối không dây

Kết nối không dây giữa 2 đầu của mạng 2 mạng WAN sử dụng thiết bị Bridge làm cầu nối, có thể kết hợp sử dụng chảo thu phát nhỏ truyền sóng viba. Khi đó khoảng cách giữa 2 đầu kết nối có thể từ vài trăm mét đến vài chục km tùy vào loại thiết bị cầu nối không dây.

[uyenminh]

3.5. Một số cơ chế sử dụng khi trao đổi thông tin trong mạng không dây

3.5.1. Cơ chế CSMA-CA

Nguyên tắc cơ bản khi truy cập của chuẩn 802.11 là sử dụng cơ chế CSMA-CA viết tắt của Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance – Đa truy cập sử dụng sóng mang phòng tránh xung đột. Nguyên tắc này gần giống như nguyên tắc CSMA- CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detect) của chuẩn 802.3 (cho Ethernet). Điểm khác ở đây là CSMA-CA nó sẽ chỉ truyền dữ liệu khi bên kia sẵn sàng nhận và không truyền, nhận dữ liệu nào khác trong lúc đó, đây còn gọi là nguyên tắc LBT listening before talking – nghe trước khi nói.

Trước khi gói tin được truyền đi, thiết bị không dây đó sẽ kiểm tra xem có các thiết bị nào khác đang truyền tin không, nếu đang truyền, nó sẽ đợi đến khi nào các thiết bị kia truyền xong thì nó mới truyền. Để kiểm tra việc các thiết bị kia đã truyền xong chưa, trong khi “đợi” nó sẽ hỏi “thăm dò” đều đặn sau các khoảng thời gian nhất định.

3.5.2. Cơ chế RTS/CTS

Để giảm thiểu nguy xung đột do các thiết bị cùng truyền trong cùng thời điểm, người ta sử dụng cơ chế RTS/CTS – Request To Send/ Clear To Send. Ví dụ nếu AP muốn truyền dữ liệu đến STA, nó sẽ gửi 1 khung RTS đến STA, STA nhận được tin và gửi lại khung CTS, để thông báo sẵn sàng nhận dữ liệu từ AP, đồng thời không thực hiện truyền dữ liệu với các thiết bị khác cho đến khi AP truyền xong cho STA. Lúc đó các thiết bị khác nhận được thông báo cũng sẽ tạm ngừng việc truyền thông tin đến STA. Cơ chế RTS/CTS đảm bảo tính sẵn sàng giữa 2 điểm truyền dữ liệu và ngăn chặn nguy cơ xung đột khi truyền dữ liệu.

3.5.3. Cơ chế ACK

ACK – Acknowledging là cơ chế thông báo lại kết quả truyền dữ liệu. Khi bên nhận nhận được dữ liệu, nó sẽ gửi thông báo ACK đến bên gửi báo là đã nhận được bản tin rồi. Trong tình huống khi bên gửi không nhận được ACK nó sẽ coi là bên nhận chưa nhận được bản tin và nó sẽ gửi lại bản tin đó. Cơ chế này nhằm giảm bớt nguy cơ bị mất dữ liệu trong khi truyền giữa 2 điểm.

[uyenminh]

CHƯƠNG IV: CHỨNG THỰC TRONG MẠNG LAN KHÔNG DÂY


4.1. Phương thức chứng thực mã hóa WEP

4.1.1. Giới thiệu

Sóng vô tuyến lan truyền trong môi trường mạng có thể bị kẻ tấn công bắt sóng được. Điều này thực sự là mối đe doạ nghiêm trọng. Để bảo vệ dữ liệu khỏi bị nghe trộm, nhiều dạng mã hóa dữ liệu đã dùng. Đôi khi các dạng mã hóa này thành công, một số khác thì có tính chất ngược lại, do đó làm phá vỡ sự an toàn của dữ liệu. Phương thức chứng thực qua SSID khá đơn giản, chính vì vậy mà nó chưa đảm bảo được yêu cầu bảo mật, mặt khác nó chỉ đơn thuần là chứng thực mà chưa có mã hóa dữ liệu. Do đó chuẩn 802.11 đã đưa ra phương thức mới là WEP – Wired Equivalent Privacy.

WEP có thể dịch là chuẩn bảo mật dữ liệu cho mạng không dây mức độ tương đương với mạng có dây, là phương thức chứng thực người dùng và mã hóa nội dung dữ liệu truyền trên mạng LAN không dây (WLAN).

Chuẩn IEEE 802.11 quy định việc sử dụng WEP như một thuật toán kết hợp giữa bộ sinh mã giả ngẫu nhiên PRNG – Pseudo Random Number Generator và bộ mã hóa luồng theo kiểu RC4. Phương thức mã hóa RC4 thực hiện việc mã hóa và giải mã khá nhanh, tiết kiệm tài nguyên, và cũng đơn giản trong việc sử dụng nó ở các phần mềm khác.

4.1.2. Phương thức chứng thực

Phương thức chứng thực của WEP cũng phải qua các bước trao đổi giữa Client và AP, nhưng nó có thêm mã hóa và phức tạp hơn.

Hình 4.1. Mô tả quá trình chứng thực giữa Client và AP

Các bước cụ thể như sau:

• Bước 1: Client gửi đến AP yêu cầu xin chứng thực.

• Bước 2: AP sẽ tạo ra một chuỗi mời kết nối (challenge text) ngẫu nhiên gửi đến Client.

• Bước 3: Client nhận được chuỗi này này sẽ mã hóa chuỗi bằng thuật toán RC4 theo mã khóa mà Client được cấp, sau đó Client gửi lại cho AP chuỗi đã mã hóa.

• Bước 4: AP sau khi nhận được chuỗi đã mã hóa của Client, nó sẽ giải mã lại bằng thuật toán RC4 theo mã khóa đã cấp cho Client, nếu kết quả giống với chuỗi ban đầu mà nó gửi cho Client thì có nghĩa là Client đã có mã khóa đúng và AP sẽ chấp nhận quá trình chứng thực của Client và cho phép thực hiện kết nối.

4.1.3. Phương thức mã hóa

WEP là một thuật toán mã hóa đối xứng có nghĩa là quá trình mã hóa và giải mã đều dùng một là Khóa dùng chung - Share key, khóa này AP sử dụng và Client được cấp. Chúng ta làm quen với một số khái niệm sau:

• Khóa dùng chung–Share key: Đây là mã khóa mà AP và Client cùng biết và sử dụng cho việc mã hóa và giải mã dữ liệu. Khóa này có 2 loại khác nhau về độ dài là 40 bit và 104 bit. Một AP có thể sử dụng tới 4 Khóa dùng chung khác nhau, tức là nó có làm việc với 4 nhóm các Client kết nối tới nó.

Hình 4.2. Cài đặt mã khóa dùng chung cho WEP

• Vectorkhởi tạo IV-Initialization Vector: Đây là một chuỗi dài 24 bit, được tạo ra một cách ngẫu nhiên và với gói tin mới truyền đi, chuỗi IV lại thay đổi một lần. Có nghĩa là các gói tin truyền đi liền nhau sẽ có các giá trị IV thay đổi khác nhau. Vì thế người ta còn gọi nó là bộ sinh mã giả ngẫu nhiên PRNG – Pseudo Random Number Generator. Mã này sẽ được truyền cho bên nhận tin (cùng với bản tin đã mã hóa), bên nhận sẽ dùng giá trị IV nhận được cho việc giải mã.

• RC4: Chữ RC4 xuất phát từ chữ Ron’s Code lấy từ tên người đã nghĩ ra là Ron Rivest, thành viên của tổ chức bảo mật RSA. Đây là loại mã dạng chuỗi các ký tự được tạo ra liên tục (còn gọi là luồng dữ liệu). Độ dài của RC4 chính bằng tổng độ dài của Khóa dùng chung và mã IV. Mã RC4 có 2 loại khác nhau về độ dài từ mã là loại 64 bit (ứng với Khóa dùng chung 40 bit) và 128 bit (ứng với Khóa dùng chung dài 104 bit).

[uyenminh]

4.1.3.a. Mã hóa khi truyền đi

Hình 4.3. Mô tả quá trình mã hoá khi truyền đi

Khóa dùng chung và vector khởi tạo IV-Initialization Vector (một luồng dữ liệu liên tục) là hai nguồn dữ liệu đầu vào của bộ tạo mã dùng thuật toán RC4 để tạo ra chuỗi khóa (key stream) giả ngẫu nhiên một cách liên tục. Mặt khác, phần nội dung bản tin được bổ sung thêm phần kiểm tra CRC để tạo thành một gói tin mới, CRC ở đây được sử dụng để nhằm kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu (ICV – Intergrity Check Value), chiều dài của phần CRC là 32 bit ứng với 8 bytes. Gói tin mới vẫn có nội dung ở dạng chưa mã hóa (plant text), sẽ được kết hợp với chuỗi các khóa key stream theo thuật toán XOR để tạo ra một bản tin đã được mã hóa – cipher text. Bản tin này và chuỗi IV được đóng gói thành gói tin phát đi.

Dữ liệu được đưa vào kết hợp với chuỗi mã được chia thành các khối (block), các khối này có độ lớn tương ứng với độ lớn của chuỗi mã, ví dụ nếu ta dùng chuỗi mã 64 bit thì khối sẽ là 8 byte, nếu chuỗi mã 128 bit thì khối sẽ là 16 byte. Nếu các gói tin có kích cỡ lẻ so với 8 byte (hoặc 16 byte) thì sẽ được chèn thêm các ký tự “độn” vào để thành số nguyên lần các khối.

Bộ tạo chuỗi khóa là một yếu tố chủ chốt trong quá trình xử lý mã hóa vì nó chuyển một khóa bí mật từ dạng ngắn sang chuỗi khóa dài. Điều này giúp đơn giản rất nhiều việc phân phối lại các khóa, các máy kết nối chỉ cần trao đổi với nhau khóa bí mật. IV mở rộng thời gian sống có ích cuả khóa bí mật và cung cấp khả năng tự đồng bộ. Khóa bí mật có thể không thay đổi trong khi truyền nhưng IV lại thay đổi theo chu kỳ. Mỗi một IV mới sẽ tạo ra một seed mới và một sequence mới, tức là có sự tương ứng 1-1 giữa IV và key sequence. IV không cung cấp một thông tin gì mà kẻ bất hợp pháp có thể lợi dụng.

4.1.3.b. Giải mã khi nhận về

Hình 4.4. Mô tả quá trình giải mã khi nhận về

Quá trình giải mã cũng thực hiện tương tự như theo các khâu tương tự của quá trình mã hóa nhưng theo chiều ngược lại. Bên nhận dùng Khóa dùng chung và giá trị IV (tách được từ bản tin) làm 2 đầu vào của bộ sinh chuỗi mã RC4. Chuỗi khóa do RC4 tạo ra sẽ kết hợp XOR với Cipher Text để tạo ra Clear Text ở đầu ra, gói tin sau khi bỏ phần CRC sẽ còn lại phần payload, chính là thông tin ban đầu gửi đi. Quá trình giải mã cũng chia bản tin thành các khối như quá trình mã hóa.

4.1.4. Các ưu, nhược điểm của WEP

Khi chọn giải pháp an ninh cho mạng không dây, chuẩn 802.11 đưa ra các yêu cầu sau mà WEP đáp ứng được:

• Có thể đưa ra rộng rãi, triển khai đơn giản
• Mã hóa mạnh
• Khả năng tự đồng bộ
• Tối ưu tính toán, hiệu quả tài nguyên bộ vi xử lý
• Có các lựa chọn bổ sung thêm

Lúc đầu người ta tin tưởng ở khả năng kiểm soát truy cập và tích hợp dữ liệu của nó và WEP được triển khai trên nhiều hệ thống, tên gọi của nó đã nói lên những kỳ vọng ban đầu mà người ta đặt cho nó, nhưng sau đó người ta nhận ra rằng WEP không đủ khả năng bảo mật một cách toàn diện.

• Chỉ có chứng thực một chiều: Client chứng thực với AP mà không có chứng thực tính họp pháp của AP với Client.

• WEP còn thiếu cơ chế cung cấp và quản lý mã khóa. Khi sử dụng khóa tĩnh, nhiều người dụng khóa dùng chung trong một thời gian dài. Bằng máy tính xử lý tốc độ cao hiện nay kẻ tấn công cũng có thể bắt những bản tin mã hóa này để giải mã ra mã khóa mã hóa một cách đơn giản. Nếu giả sử một máy tính trong mạng bị mất hoặc bị đánh cắp sẽ dẫn đến nguy cơ lộ khóa dùng chung đó mà các máy khác cũng đang dùng. Hơn nữa, việc dùng chung khóa, thì nguy cơ lưu lượng thông tin bị tấn công nghe trộm sẽ cao hơn.

• Vector khởi tạo IV, như đã phân tích ở trên, là một trường 24 bit kết hợp với phần RC4 để tạo ra chuỗi khóa – key stream, được gửi đi ở dạng nguyên bản, không được mã hóa. IV được thay đổi thường xuyên, IV có 24 bit thì chỉ có thể có tối đa 224 = 16 triệu giá trị IV trong 1 chu kỳ, nhưng khi mạng có lưu lượng lớn thì số lượng 16 triệu giá trị này sẽ quay vòng nhanh, khoảng thời gian thay đổi ngắn, ngoài ra IV thường khởi tạo từ giá trị 0, mà muốn IV khởi tạo lại chỉ cần thực hiện được việc reboot lại thiết bị. Hơn nữa chuẩn 802.11 không cần xác định giá trị IV vẫn giữ nguyên hay đã thay đổi, và những Card mạng không dây của cùng 1 hãng sản xuất có thể xẩy ra hiện tượng tạo ra các IV giống nhau, quá trình thay đổi giống nhau. Kẻ tấn công có thể dựa vào đó mà tìm ra IV, rồi tìm ra IV của tất cả các gói tin đi qua mà nghe trộm được, từ đó tìm ra chuỗi khóa và sẽ giải mã được dữ liệu mã hóa.

• Chuẩn 802.11 sử dụng mã CRC để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu, như nêu trên, WEP không mã hóa riêng giá trị CRC này mà chỉ mã hóa cùng phần Payload, kẻ tấn công có thể bắt gói tin, sửa các giá trị CRC và nội dung của các gói tin đó, gửi lại cho AP xem AP có chấp nhận không, bằng cách “dò” này kẻ tấn công có thể tìm ra được nội dung của phần bản tin đi cùng mã CRC.

[uyenminh]

4.1.5. Phương thức dò mã chứng thực

Quá trình chứng thực của Client với AP thông qua challenge text và encryption response text, sau khi dùng biện pháp bắt trộm bản tin, bằng những máy tính xử lý tốc độ cao hiện nay kẻ tấn công giải mã những bản tin này để tìm ra mã khóa chứng thực một cách không phức tạp theo nguyên lý từ điển sẽ được giới thiệu ở chương sau.

Ngoài ra quá trình chứng thực một chiều có thể bị khai thác bằng cách dùng AP giả mạo lừa Client để thu thập thông tin chứng thực.

4.1.6. Phương thức dò mã dùng chung – Shared key trong WEP

Ở phần trên khi chúng ta đã tìm hiểu nguyên tắc mã hóa và giải mã WEP, chúng ta thấy rằng mã khóa dùng chung – Shared key có vai trò quan trọng trong cả 2 quá trình, vì vậy một trong những cách phá WEP mà kẻ tấn công hay dùng là dò ra mã khóa dùng chung đó dựa trên việc bắt gói tin, tổng hợp số liệu. Ở phần này chúng ta sẽ biểu diễn quá trình mã hóa và giải mã dưới dạng toán học để phân tích nguyên lý phá mã khóa chung mã hóa.

Hình 4.5. Dò mã hóa Shared Key trong WEP

4.1.6.a. Biểu diễn toán học quy trình mã hóa và giải mã WEP

- Gọi Z là kết quả sau khi thực hiện mã hóa RC4 tức là Z = RC4(Key, IV).

- Gọi phần dữ liệu chưa mã hóa lúc đầu là P (gồm CRC và Packet), dữ liệu sau khi mã hóa là C, ta có C = P Z.

- Như vậy phía phát sẽ truyền đi gói tin gồm có mã IV và chuỗi C.

- Ở phía thu sẽ tách riêng IV và C.

- Xây dựng giá trị Z theo công thức Z = RC4(Key, IV) giống như ở bên phát.

- Sau đó tìm lại P theo công thức C Z = (P Z) Z = P (Z Z ) = P.

Một số tính chất của phép toán cộng logic (XOR):

Giả sử a, b là 2 bit, khi đó ta có:

a 0 = a
a a = 0
a (a b) = (a a) b = 0 b = b

Như đã đề cập ở trên về khả năng giá trị IV lặp lại giống nhau, khi kẻ tấn công bắt được các gói tin đã mã hóa và tìm được các cặp gói tin có mã IV giống nhau thì quá trình bẻ khóa sẽ như sau:

- Vì 2 gói tin cùng dùng một mã khóa chung, lại có IV giống nhau vì vậy giá trị Z cũng sẽ giống nhau Z = RC4(Key, IV).

- Giả sử gói tin thứ nhất có chứa thông tin mã hóa là C tức là C = P Z.

- Giả sử gói tin thứ hai có chứa thông tin mã hóa là C’ tức là C’ = P’ Z.

- Kẻ tấn công bắt được cả hai gói tin đã mã hóa là C và C’.

- Nếu thực hiện phép toán C C’ thì sẽ được kết quả là C C’ = (P Z) (P’ Z) = (P P’) (Z Z) = P P’.

- Vì biết C và C’ nên sẽ biết giá trị P P’.

- Nếu biết được P thì sẽ suy ra P’, cùng với C và C’ tính ra được Z = C P.

- Biết Z, có IV, có thể dò ra được giá trị Key bằng các thuật toán giải mã RC4.

[ThanhTV™]

Bravo, bài viết rất hay. Tuy chưa xem cụ thể nhưng nhìn qua có thể thấy tác giả của bài viết này rất kĩ tính với lối trình bày khoa học và cụ thể. Nếu có thể thì bạn nên đóng lại thành ebook hoặc là create một file pdf cái này thì hay. Như thế mọi người download về xem cũng rất tiện :)

[uyenminh]

4.1.6.b. Cách biết được bản tin P trao đổi giữa AP và Client

Việc biết được P tức là 1 bản tin (lúc chưa mã hóa) trao đổi giữa Client và AP ở thời điểm nào đó về lý thuyết có vẻ là khó vì số lượng bản tin truyền đi là cực kỳ nhiều nhưng thực tế lại có thể biết được bằng cách sau: Kẻ tấn công làm cho Client và AP phải trao đổi với nhau liên tục, mật độ cao 1 bản tin (mà kẻ tấn công đã biết trước) trong khoảng thời gian đó. Như vậy xác suất bản tin trao đổi trong thời khoảng thời đó là bản tin mà kẻ tấn công biết trước là rất cao (vì còn có bản tin trao đổi của các kết nối khác, nhưng số lượng ít hơn). Phương pháp thực hiện như sau:

4.1.6.c. Thực hiện từ bên ngoài mạng không dây

Phương pháp này được thực hiện khi mạng không dây có kết nối với mạng bên ngoài. Kẻ tấn công từ mạng bên ngoài sẽ gửi liên tục các gói tin đến máy Client trong mạng không dây, gói tin đơn giản nhất có thể gửi là gói tin Ping dùng giao thức ICMP, khi đó bản tin giữa AP và Client sẽ là các bản tin ICMP đó. Như vậy hắn đã biết được bản tin gốc P.

Hình 4.6. Mô tả quá trình thực hiện từ bên ngoài mạng không dây

4.1.6.d. Thực hiện ngay từ bên trong mạng không dây

Việc thực hiện bên trong sẽ phức tạp hơn một chút, và phải dựa trên nguyên lý Sửa bản tin khai thác từ điểm yếu của thuật toán tạo mã kiểm tra tính toàn vẹn ICV. Kẻ tấn công sẽ bắt 1 gói tin truyền giữa Client và AP, gói tin là chứa bản tin đã được mã hóa, sau đó bản tin sẽ bị sửa một vài bit (nguyên lý bit-flipping) để thành 1 bản tin mới, đồng thời giá trị ICV cũng được sửa thành giá trị mới sao cho bản tin vẫn đảm bảo được tính toàn vẹn ICV. Nguyên lý Bit-Flipping có như sau:

Hình 4.7. Mô tả nguyên lý Bit- Flipping

Kẻ tấn công sẽ gửi bản tin đã sửa này đến AP. AP sau khi kiểm tra ICV, thấy vẫn đúng nó sẽ gửi bản tin đã giải mã cho tầng xử lý lớp 3. Vì bản tin sau khi mã hóa bị sửa 1 vài bit nên đương nhiên bản tin giải mã ra cũng bị sai, khi đó tầng xử lý ở lớp 3 sẽ gửi thông báo lỗi, và AP chuyển thông báo lỗi này cho Client. Nếu kẻ tấn công gửi liên tục lặp đi lặp lại bản tin lỗi này cho AP thì AP cũng sẽ gửi liên tục các thông báo lỗi cho Client. Mà bản tin thông báo lỗi này thì có thể xác định rõ ràng đối với các loại thiết bị của các hãng và kẻ tấn công đương nhiên cũng sẽ biết. Như vậy hắn đã biết được bản tin gốc P.

Hình 4.8. Mô tả quá trình thực hiện từ bên trong mạng không dây

Tóm lại, khi tìm được các cặp gói tin có IV giống nhau, kẻ tấn công tìm cách lấy giá trị P (có thể bẳng cách đẩy các gói tin P giống nhau vào liên tục) thì khả năng kẻ tấn công đó dò ra mã khóa dùng chung (shared key) là hoàn toàn có thể thực hiện được.

[uyenminh]

4.1.7. Biện pháp ngăn chặn

Giải pháp đưa ra ở đây là theo 2 chiều hướng:

• Cải tiến, bổ sung, khắc phục những nhược điểm, lỗ hổng trong quá trình chứng thực, mã hóa của WEP bằng các nguyên lý của các hãng thứ 3 khác.

• Xây dựng các nguyên lý mới chặt chẽ hơn, phức tạp hơn và an toàn hơn dựa trên nguyên lý của WEP.

4.1.8. Cải tiến trong phương pháp chứng thực và mã hóa WEP

Để tăng cường tính bảo mật của WEP, tổ chức IEEE 802.11 đã đưa ra giao thức tích hợp khóa tạm thời TKPI – Temporal Key Integrity Protocol. TKIP bổ sung 2 phần chính cho WEP là:

• Kiểm tra tính toàn vẹn của bản tin (MIC-Message Integrity Check).

• Thay đổi mã khóa cho từng gói tin (Per packet keying).

4.1.8.a. Bổ sung trường MIC

Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn của bản tin MIC - Message Integrity Check được bổ sung vào 802.11 để khắc phục những nhược điểm của phương pháp kiểm tra toàn vẹn dữ liệu ICV.

• MIC bổ sung thêm số thứ tự các trường trong khung dữ liệu (AP sẽ loại bỏ những khung nào sai số thứ tự đó), để tránh trường hợp kẻ tấn công chèn các gói tin giả mạo sử dụng lại giá trị IV cũ.

• MIC bổ sung thêm 1 trường tên là MIC vào trong khung dữ liệu để kiểmsự toàn vẹn dữ liệu nhưng với thuật toán kiểm tra phức tạp, chặt chẽ hơn ICV.

Hình 4.9. Cấu trúc khung dữ liệu trước và sau khi bổ sung

Trường MIC dài 4 byte được tổng hợp từ các thông số theo hàm HASH:

Hình 4.10. Cấu trúc bên trong của trường MIC

Hàm băm Hash

Đây là một loại hàm mã hóa dữ liệu thỏa mãn các yêu cầu sau:

• Tóm lược mọi bản tin có độ dài bất kỳ thành một chuỗi nhị phân có độ dài xác định.

• Từ chuỗi nhị phân này không thể tìm lại bản tin nguyên thủy ban đầu (hàm tóm lược là hàm một chiều).

• Bất kỳ một thay đổi dù rất nhỏ ở bản tin nguyên thủy cũng dẫn đến sự thay đổi của chuỗi tóm lược.

• Các hàm tóm lược này phải thỏa mãn tính chất “không va chạm” có nghĩa là với hai bản tin bất kỳ khác nhau, cùng dùng một hàm tóm lược rất khó có thể cho ra hai chuỗi tóm lược có nội dung giống nhau. Điều này rất có ích trong việc chống giả mạo nội dung bức điện.

4.1.8.b. Thay đổi mã khóa theo từng gói tin

Vì việc dùng giá trị khóa dùng chung trong một khoảng thời gian có thể bị kẻ tấn công dò ra trước khi kịp đổi nên người ta đưa ra một phương pháp là thay đổi mã khóa này theo từng gói tin. Nguyên lý thực hiện đơn giản bằng cách thay vì đưa giá trị Mã khóa tới đầu vào của bộ RC4, người ta sẽ kết hợp mã khóa này với IV bằng hàm băm Hash, rồi đưa kết quả này (gọi là Mã khóa tổ hợp) tới đầu vào của bộ RC4. Vì mã RC4 thay đổi liên tục (tăng tuần tự) theo mỗi gói tin nên Mã khóa tổ hợp cũng thay đổi liên tục dù mã khóa chưa đổi.

Hình 4.11. Mô tả quá trình mã hóa khi truyền đi sau khi bổ sung

Để đảm bảo hơn nữa, Cisco đưa ra quy ước là giá trị IV vẫn để tăng tuần tự nhưng AP dùng giá trị IV lẻ còn Client dùng giá trị IV chẵn như vậy giá trị IV của AP và Client sẽ không bao giờ trùng nhau và mã khóa tổ hợp của AP và Client cũng sẽ không bao giờ trùng nhau.