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無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文檔作者：孟躍偉1 胡愛(ài)群1 宋宇波1 沈傳征1 布寧2 賈雪飛2 文檔來(lái)源： 1. 東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 2. 中國(guó)信息安全認(rèn)證中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月12日
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————————————
基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2012BAK26B01)
作者簡(jiǎn)介：孟躍偉(1986－)，男，碩士研究生，主研方向：無(wú)線局域網(wǎng)安全；胡愛(ài)群，教授；宋宇波，副教授；沈傳征，碩士；布 寧，
高級(jí)工程師；賈雪飛，工程師
收稿日期：2012-07-03 修回日期：2012-09-11 E-mail：myw0406204@yahoo.cn
無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
孟躍偉1，胡愛(ài)群1，宋宇波1，沈傳征1，布 寧2，賈雪飛2
(1. 東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210096；2. 中國(guó)信息安全認(rèn)證中心，北京 100020)
摘 要：在主動(dòng)測(cè)試技術(shù)、被動(dòng)測(cè)試技術(shù)及滲透測(cè)試分析基礎(chǔ)上，提出一種基于滲透測(cè)試方案的無(wú)線局域網(wǎng)安全測(cè)試系統(tǒng)。該系
統(tǒng)可對(duì)WEP、WPA、WPA2 和WAPI 4 種安全機(jī)制進(jìn)行安全協(xié)議符合性驗(yàn)證和設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試，并進(jìn)行安全性能評(píng)估。對(duì)無(wú)線
局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的測(cè)試結(jié)果證明，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行協(xié)議一致性測(cè)試和滲透測(cè)試，可自動(dòng)集成測(cè)試流程。
關(guān)鍵詞：無(wú)線局域網(wǎng)；安全性能測(cè)試；滲透測(cè)試；主動(dòng)測(cè)試；被動(dòng)測(cè)試；安全協(xié)議符合性驗(yàn)證；設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試
Design and Implementation of Security Performance Test System
for Wireless Local Area Network
MENG Yue-wei1, HU Ai-qun1, SONG Yu-bo1, SHEN Chuan-zheng1, BU Ning2, JIA Xue-fei2
(1. School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China;
2. China Information Security Certification Center, Beijing 100020, China)
【Abstract】Based on the analysis of active test, passive test and penetration test, one wireless LAN security test system based on
penetration test is proposed in this paper. This system can make security protocol compliance verification and equipment protocol security
testing against WEP, WPA, WPA2 and WAPI, and can give the report about safety evaluation. The design and implementation of the system
is proposed, and the test results against the wireless equipments are given. The results show that the system can make security protocol
compliance verification and penetration test and the test process of the system is automated.
【Key words】Wireless LAN(WLAN); security performance test; penetration test; active test; passive test; security protocol compliance
verification; equipment protocol security test
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2013.07.044
計(jì) 算 機(jī) 工 程
Computer Engineering
第39 卷 第7 期
Vol.39 No.7
2013 年7 月
July 2013
·安全技術(shù)· 文章編號(hào)：1000—3428(2013)07—0193—07 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 中圖分類號(hào)：TP393.08
1 概述
現(xiàn)今無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network, WLAN)
的安全問(wèn)題主要表現(xiàn)在容易侵入、非法的無(wú)線接入點(diǎn)
(Access Point, AP)、經(jīng)授權(quán)使用服務(wù)、服務(wù)和性能的限制、
地址欺騙和會(huì)話攔截和流量分析與流量偵聽(tīng)等[1]。針對(duì)以上
問(wèn)題，無(wú)線局域網(wǎng)的安全問(wèn)題越來(lái)越得到重視，對(duì)無(wú)線局
域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的安全測(cè)試顯得尤為重要。
無(wú)線局域網(wǎng)安全機(jī)制主要包括IEEE802.11 中有線等效
保護(hù)(Wired Equivalent Privacy, WEP) 、無(wú)線保護(hù)接入
(Wireless Protected Access, WPA)、無(wú)線保護(hù)接入2(Wireless
Protected Access V2, WPA2)、GB15629.11 中的無(wú)線鑒別和
保密基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(Wireless Authentication Privacy Infrastructure,
WAPI)4 種。無(wú)線局域網(wǎng)的安全主要包括物理安全和協(xié)議安
全，其中，協(xié)議安全是指協(xié)議的一致性和設(shè)備協(xié)議安全，
故針對(duì)協(xié)議安全的測(cè)試是無(wú)線局域網(wǎng)安全的重要組成部
分。協(xié)議安全測(cè)試多為一致性測(cè)試，但缺乏統(tǒng)一適用的測(cè)
試方法。目前國(guó)內(nèi)外有很多針對(duì)WLAN 安全標(biāo)準(zhǔn)的研究，
集中在協(xié)議漏洞的分析與發(fā)現(xiàn)[2-3]。文獻(xiàn)[4-6]提出能在不同
程度和方面對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行安全測(cè)試，安全協(xié)議與測(cè)試
方法不夠全面，不具有普適性。
目前WLAN 安全測(cè)試工具較少，而且價(jià)格比較昂貴，
國(guó)際上較成熟的產(chǎn)品有福祿克(Fluke)公司的OptiView 系
列、NetTool 系列、EtherScope 系列網(wǎng)絡(luò)分析儀和美國(guó)艾爾
麥(AirMagnet)公司的LapTop 無(wú)線網(wǎng)測(cè)試分析儀等。國(guó)內(nèi)產(chǎn)
品只有冠群金辰公司于2004 年初開(kāi)發(fā)的WLAN 入侵檢測(cè)
系統(tǒng)。該類產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)基本都是基于無(wú)線入侵檢測(cè)[7]，只能
檢測(cè)出一些常見(jiàn)的攻擊行為，不能主動(dòng)地進(jìn)行分析測(cè)試，
對(duì)WLAN 安全保護(hù)能力有限，擴(kuò)展性較差，無(wú)力面對(duì)新的
安全漏洞。另外，市場(chǎng)上的工具大都針對(duì)無(wú)線環(huán)境進(jìn)行安
194 計(jì) 算 機(jī) 工 程 2013 年7 月15 日
全測(cè)試，較少針對(duì)各種無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行安全測(cè)試。
滲透測(cè)試是近些年新興起的一個(gè)安全測(cè)試技術(shù)，滲透
測(cè)試是一個(gè)在評(píng)估目標(biāo)主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的安全性時(shí)模仿黑客特
定攻擊行為的過(guò)程。
針對(duì)現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的不足與缺
陷，以及中國(guó)信息安全認(rèn)證中心的認(rèn)購(gòu)項(xiàng)目需求，本文提
出一種針對(duì)無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備的基于滲透測(cè)試的無(wú)線局域網(wǎng)安
全測(cè)試系統(tǒng)。
2 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試技術(shù)研究
2.1 主動(dòng)測(cè)試技術(shù)
針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的主動(dòng)測(cè)試技術(shù)，引入?yún)f(xié)議測(cè)試[8]思
想。主動(dòng)測(cè)試，即測(cè)試者通過(guò)模擬針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的攻擊
行為，構(gòu)建并執(zhí)行測(cè)試用例，同時(shí)分析無(wú)線局域網(wǎng)的防御
能力以確定其中是否存在安全隱患。主動(dòng)測(cè)試技術(shù)具有較
好的可擴(kuò)展性，同時(shí)也適用于漏洞檢測(cè)和分析[9]。
具體實(shí)現(xiàn)方法為：
(1)研究無(wú)線局域網(wǎng)的安全機(jī)制及其中存在的脆弱點(diǎn)，
對(duì)攻擊者針對(duì)脆弱點(diǎn)進(jìn)行攻擊時(shí)的協(xié)議交互過(guò)程及具體報(bào)
文內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)分析。
(2)根據(jù)脆弱點(diǎn)信息，構(gòu)造相應(yīng)的測(cè)試用例，模擬攻擊
者針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)脆弱點(diǎn)的攻擊行為。
(3)在STA、AP、AS 等無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的協(xié)同下，
執(zhí)行測(cè)試用例對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)發(fā)起主動(dòng)測(cè)試。
(4)對(duì)主動(dòng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，判斷無(wú)線局域網(wǎng)中是否
存在測(cè)試用例所針對(duì)的脆弱點(diǎn)。
(5)綜合所有測(cè)試結(jié)果，分析無(wú)線局域網(wǎng)在機(jī)密性、完
整性、可用性及接入認(rèn)證等方面的安全性能表現(xiàn)。
針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)，將主動(dòng)測(cè)試分為3 類：機(jī)密性主動(dòng)
測(cè)試，完整性主動(dòng)測(cè)試，可用性主動(dòng)測(cè)試。
2.1.1 機(jī)密性主動(dòng)測(cè)試
根據(jù)信息安全相關(guān)概念的定義，所謂機(jī)密性，指的是
在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中確保關(guān)鍵信息不暴露給未授權(quán)的實(shí)體。
無(wú)線局域網(wǎng)機(jī)密性的測(cè)試主要集中在以下4 個(gè)方面：
(1)WEP 安全機(jī)制中使用的RC4 流加密算法強(qiáng)度。(2)WPA
安全機(jī)制中的臨時(shí)密鑰完整性協(xié)議(Temporal Key Integrity
Protocol, TKIP)加密機(jī)制，及其中使用的RC4 流加密算法強(qiáng)
度。(3)WPA2 安全機(jī)制中的計(jì)數(shù)器模式密碼塊鏈消息完整
碼協(xié)議(Counter CBC-MAC Protocol, CCMP)加密機(jī)制，及其
中使用的AES 加密算法強(qiáng)度。(4)WAPI 安全標(biāo)準(zhǔn)中的WPI
基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，及其中使用的SMS4 加密算法強(qiáng)度。
在測(cè)試過(guò)程中，機(jī)密性測(cè)試的目的是獲取加密密鑰，
以證明待測(cè)無(wú)線局域網(wǎng)機(jī)密性上存在脆弱點(diǎn)，判斷無(wú)線局
域網(wǎng)策略是否安全，進(jìn)而采取必要的措施杜絕密鑰泄露等。
2.1.2 完整性主動(dòng)測(cè)試
根據(jù)信息安全相關(guān)概念的定義，所謂完整性，是指在
數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中確保信息無(wú)法被非授權(quán)實(shí)體篡改及偽造。
無(wú)線局域網(wǎng)完整性的測(cè)試主要集中在以下4 個(gè)方面：
(1)WEP 安全標(biāo)準(zhǔn)中使用的CRC(Cyclic Redundancy Check)
校驗(yàn)機(jī)制。(2)WPA 安全標(biāo)準(zhǔn)中使用了Michael 算法的MIC
(Messages Integrity Check)校驗(yàn)機(jī)制。(3)WPA2 安全標(biāo)準(zhǔn)中
使用了Michael 算法的CBC-MAC(Cipher Block Chaining
Message Authentication Code)校驗(yàn)機(jī)制。(4)WAPI 安全標(biāo)準(zhǔn)
中使用了國(guó)密算法的CBC-MAC 校驗(yàn)機(jī)制。
以WEP 的完整性測(cè)試為例。WEP 中使用的是CRC32
校驗(yàn)機(jī)制，由于算法輸入輸出間呈線性關(guān)系，攻擊者通過(guò)
簡(jiǎn)單的異或等操作，就可以篡改或偽造報(bào)文，而無(wú)法被正
常通信實(shí)體所識(shí)別。這類攻擊手段有Bit-Flipping 等，一般
作為一種基礎(chǔ)攻擊，應(yīng)用在許多針對(duì)WEP 的復(fù)雜攻擊技術(shù)
中(如Chop-chop 攻擊等)，在此不做詳述。
2.1.3 可用性主動(dòng)測(cè)試
根據(jù)信息安全相關(guān)概念的定義，所謂可用性，是指在
正常通信中確保授權(quán)實(shí)體在需要時(shí)能夠訪問(wèn)和使用相關(guān)資
源。根據(jù)攻擊針對(duì)性的不同，可用性測(cè)試中的攻擊技術(shù)
分為：
(1)洪泛攻擊，通過(guò)發(fā)送大量偽造的數(shù)據(jù)報(bào)文，占用有
效的網(wǎng)絡(luò)資源或帶寬，以達(dá)到消耗可用資源或帶寬的目的，
導(dǎo)致授權(quán)實(shí)體無(wú)法獲取正常服務(wù)。此類攻擊通常也會(huì)導(dǎo)致
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量異常。
(2)針對(duì)協(xié)議本身的攻擊，利用一些協(xié)議本身設(shè)計(jì)上的
不合理，針對(duì)其固有缺陷，采用一定的技術(shù)和手段，達(dá)到
破壞用戶訪問(wèn)或獲取信息的目的。此類攻擊通常會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)
絡(luò)狀態(tài)異常。
在可用性測(cè)試技術(shù)中，洪泛攻擊具有一定代表意義，
是一種常用且有效的攻擊方式。在正常的無(wú)線局域網(wǎng)通信
中，STA 通過(guò)接收AP 發(fā)送的Beacon 幀，以獲取AP 的信
息。以探測(cè)響應(yīng)幀(Probe Response Frame)洪泛攻擊為例[9]，
該攻擊的目的是偽造大量Beacon 幀，使STA 無(wú)法識(shí)別真正
AP 發(fā)送出的Beacon 幀。Attacker 偽造大量Beacon 幀并廣
播，而對(duì)應(yīng)于這些Beacon 幀的AP 并不存在。
在如圖1 所示的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，STA 難以識(shí)別出真正的
AP 所發(fā)出的Beacon 幀，從而無(wú)法和AP 建立正常連接，進(jìn)
而無(wú)法接入到無(wú)線局域網(wǎng)。
Beacon
Beacon
Beacon
圖1 探測(cè)響應(yīng)幀洪泛攻擊組網(wǎng)示意圖
第39 卷 第7 期 195
孟躍偉，胡愛(ài)群，宋宇波，等：無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
測(cè)試過(guò)程描述如下：
(1)STA 是尚未接入無(wú)線局域網(wǎng)的合法節(jié)點(diǎn)，通過(guò)接收
的Beacon 幀獲取合法AP 的SSID 等信息，然后向其發(fā)起
連接。
(2)Attacker 偽造大量不同的Beacon 幀，其中的SSID
信息為隨機(jī)構(gòu)造的，在STA 的接收范圍內(nèi)廣播，使用更強(qiáng)
的發(fā)射信號(hào)或者更靠近STA 的發(fā)射位置都有助于提高STA
選擇偽Beacon 幀的幾率。
(3)STA 同時(shí)接收到來(lái)自合法AP 的Beacon 幀，以及來(lái)
自Attacker 偽造的大量Beacon 幀，會(huì)發(fā)現(xiàn)有大量不同SSID
的無(wú)線局域網(wǎng)可供連接。
(4)在STA 事先不知道合法AP 信息的情況下，無(wú)法識(shí)
別出合法AP 發(fā)送的Beacon 幀。若STA 選擇了偽造的
Beacon 幀中提供的SSID 信息，則其接入請(qǐng)求不會(huì)得到響
應(yīng)。因此，STA 無(wú)法接入正常的無(wú)線局域網(wǎng)，直到找到合
法AP 發(fā)送的Beacon 幀。而要在大量偽造的Beacon 幀中找
出有效的SSID 信息是非常困難的。
STA無(wú)法識(shí)別出真正的AP，從而無(wú)法接入有效的網(wǎng)絡(luò)，
說(shuō)明當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)存在此類風(fēng)險(xiǎn)，需要采取相應(yīng)的防御
措施。
2.2 被動(dòng)分析技術(shù)
無(wú)線局域網(wǎng)的被動(dòng)分析技術(shù)，其主導(dǎo)原則是遵從網(wǎng)絡(luò)
通信協(xié)議的高度規(guī)則性。由于非法入侵或攻擊而導(dǎo)致協(xié)議
數(shù)據(jù)更改、行為異常、數(shù)據(jù)前后不一致性、網(wǎng)絡(luò)流量異常
等現(xiàn)象，基于這些特征的統(tǒng)計(jì)與分析方法即被動(dòng)分析技術(shù)[10]。
被動(dòng)分析技術(shù)包括了各種檢測(cè)技術(shù)，如統(tǒng)計(jì)分析、模式匹
配、協(xié)議分析等。此外，被動(dòng)分析依賴于已有的成熟規(guī)則
庫(kù)與模式庫(kù)，通過(guò)分析監(jiān)測(cè)到的信息，與模式庫(kù)進(jìn)行匹配，
以判斷是否存在針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的非法入侵和攻擊。
無(wú)線局域網(wǎng)的被動(dòng)分析技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)的
監(jiān)測(cè)及協(xié)議報(bào)文字段的分析、網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)測(cè)、未授權(quán)AP
或STA 的識(shí)別、數(shù)據(jù)加密過(guò)程監(jiān)測(cè)、無(wú)線射頻的監(jiān)測(cè)及基
于以上幾種檢測(cè)結(jié)果的分析技術(shù)等，以上技術(shù)主要目的在
于分析網(wǎng)絡(luò)異常、判別攻擊行為以及判斷安全策略安全性。
由以上研究可見(jiàn)，被動(dòng)分析技術(shù)主要用于信息采集和
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，從協(xié)議一致性的角度來(lái)檢測(cè)無(wú)線局域網(wǎng)安全。
而主動(dòng)測(cè)試方法主要以攻擊為形式，模擬針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)
脆弱點(diǎn)的攻擊行為，從機(jī)密性、完整性、可用性等角度檢
測(cè)無(wú)線局域網(wǎng)安全。被動(dòng)分析獲取的信息可以幫助主動(dòng)測(cè)
試制定測(cè)試策略，而主動(dòng)測(cè)試可以用來(lái)進(jìn)行未知漏洞的探
測(cè)和分析，并提前發(fā)布預(yù)警信息，為被動(dòng)分析提供參考，
兩者相輔相成。因此，針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的安全性能，結(jié)合
主動(dòng)測(cè)試與被動(dòng)分析的優(yōu)點(diǎn)，引入滲透測(cè)試的概念。
2.3 滲透測(cè)試
滲透測(cè)試并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義，國(guó)外一些安全組織
達(dá)成共識(shí)的通用說(shuō)法是：滲透測(cè)試是通過(guò)模擬惡意黑客的
攻擊方法，來(lái)評(píng)估計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的一種評(píng)估方法[11]。
這個(gè)過(guò)程包括對(duì)系統(tǒng)的任何弱點(diǎn)、技術(shù)缺陷或漏洞的被動(dòng)
分析與主動(dòng)測(cè)試，這個(gè)分析是從一個(gè)攻擊者可能存在的位
置進(jìn)行的，并且從這個(gè)位置有條件主動(dòng)利用安全漏洞執(zhí)行
攻擊。
當(dāng)決定滲透測(cè)試范圍和目標(biāo)時(shí)，需要考慮2 個(gè)：測(cè)試
策略和測(cè)試類型[12]。
2.3.1 滲透測(cè)試策略
基于信息的數(shù)量，對(duì)于測(cè)試有3 個(gè)滲透測(cè)試策略：黑
盒，白盒，灰盒。
(1)黑盒測(cè)試
類似于盲測(cè)試策略，它模擬了一個(gè)真正攻擊者的行動(dòng)
和程序，而攻擊者對(duì)測(cè)試策略有關(guān)的測(cè)試目標(biāo)一無(wú)所知。
(2)白盒測(cè)試
這種策略被稱為針對(duì)性的測(cè)試，測(cè)試團(tuán)隊(duì)和組織可以
利用測(cè)試前提供的信息進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。
(3)灰盒測(cè)試
指部分的測(cè)試目標(biāo)信息披露，介于黑盒測(cè)試和白盒測(cè)
試之間。
針對(duì)協(xié)議一致性測(cè)試，由于針對(duì)具體協(xié)議及功能進(jìn)行
測(cè)試，系統(tǒng)采用白盒測(cè)試方案對(duì)協(xié)議功能進(jìn)行相關(guān)測(cè)試；
針對(duì)設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試采用灰盒測(cè)試和黑盒測(cè)試結(jié)合方
案，通過(guò)構(gòu)建不同攻擊用例，對(duì)設(shè)備協(xié)議安全進(jìn)行測(cè)試，
以驗(yàn)證設(shè)備協(xié)議安全性及穩(wěn)定性。
根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)，有2 個(gè)滲透測(cè)試策略：外部
測(cè)試和內(nèi)部測(cè)試。由于本系統(tǒng)是針對(duì)設(shè)備廠商交付認(rèn)證中
心進(jìn)行功能驗(yàn)證和測(cè)試，因此屬于外部測(cè)試。
2.3.2 滲透測(cè)試類型和技術(shù)
滲透測(cè)試中有3 個(gè)領(lǐng)域：系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的邏
輯結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的響應(yīng)或工作流[13]。這3 個(gè)區(qū)域定義的滲
透測(cè)試的范圍和類型為：網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用程序和社會(huì)工程。
隨著信息安全的發(fā)展，滲透測(cè)試技術(shù)愈來(lái)愈多，主要
包括GoogleHacking 技術(shù)、拒絕服務(wù)攻擊技術(shù)、緩沖區(qū)溢出
攻擊技術(shù)、賬號(hào)口令破解技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)嗅探技術(shù)、SQL 注入
技術(shù)、社會(huì)工程學(xué)等，滲透測(cè)試實(shí)測(cè)過(guò)程中還包括DNS 欺
騙、網(wǎng)絡(luò)釣魚等。以上滲透測(cè)試技術(shù)根據(jù)測(cè)試階段的不同
而使用，下面結(jié)合滲透測(cè)試方案來(lái)具體說(shuō)明。
2.4 針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的滲透測(cè)試方案
在無(wú)線局域網(wǎng)安全性能的滲透測(cè)試方案中，選擇在二
次開(kāi)發(fā)與集成方面具有優(yōu)良特性的Metasploit 作為框架；對(duì)
已有的無(wú)線局域網(wǎng)攻擊用例進(jìn)行了整理及歸類，建立了攻
擊樣本庫(kù)；結(jié)合滲透測(cè)試過(guò)程的實(shí)際操作步驟及各階段所
用的關(guān)鍵技術(shù)，制定了清晰的測(cè)試流程。
2.4.1 Metasploit 滲透測(cè)試平臺(tái)
在滲透測(cè)試方案中選擇Metasploit 平臺(tái)，它提供的是一
個(gè)可以高度定制、靈活優(yōu)化的攻擊開(kāi)發(fā)和執(zhí)行環(huán)境，平臺(tái)
中包含了數(shù)百個(gè)預(yù)先打包好的攻擊和200 個(gè)可以立即運(yùn)行
的數(shù)據(jù)載荷。Metasploit 獨(dú)特的混合匹配環(huán)境，使得測(cè)試者
196 計(jì) 算 機(jī) 工 程 2013 年7 月15 日
可以將任意攻擊與多種不同的數(shù)據(jù)載荷進(jìn)行配對(duì)，快速地
進(jìn)行多角度的測(cè)試。而攻擊和載荷相互配合可以完成大量
不同的滲透測(cè)試任務(wù)[14]。
本文選擇Metasploit 作為滲透測(cè)試方案的核心框架，針
對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的安全特性開(kāi)發(fā)與定制特定的Exploit 模塊，
構(gòu)建攻擊樣本庫(kù)。
2.4.2 攻擊樣本庫(kù)構(gòu)建
所謂攻擊樣本，即可以利用已知漏洞實(shí)現(xiàn)攻擊的一個(gè)
實(shí)例。攻擊樣本對(duì)于測(cè)試環(huán)境中建立的無(wú)線局域網(wǎng)，應(yīng)具
有通用性及可執(zhí)行性。在Metasploit 的框架之下，對(duì)無(wú)線局
域網(wǎng)已知的攻擊方式[15]做了整理與歸類，構(gòu)建了相應(yīng)的攻
擊樣本庫(kù)，簡(jiǎn)要如下所示：
(1)洪泛攻擊
1)無(wú)線CTS/RTS 洪泛攻擊；
2)無(wú)線DEAUTH 洪泛攻擊；
3)偽無(wú)線接入點(diǎn)信標(biāo)幀洪泛攻擊。
(2)緩沖區(qū)溢出攻擊
1)無(wú)線驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)數(shù)據(jù)率溢出攻擊；
2)無(wú)線驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)SSID 溢出攻擊；
3)無(wú)線驅(qū)動(dòng)探測(cè)響應(yīng)幀SSID 溢出攻擊；
4)無(wú)線驅(qū)動(dòng)信標(biāo)幀數(shù)據(jù)率溢出攻擊；
5)無(wú)線驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)信標(biāo)幀溢出攻擊。
(3)固件缺陷攻擊
1)探測(cè)響應(yīng)幀內(nèi)核存儲(chǔ)空間破壞攻擊；
2)無(wú)線制造商空SSID 探測(cè)響應(yīng)幀攻擊。
(4)幀注入攻擊
1)無(wú)線幀注入攻擊；
2)無(wú)線信標(biāo)幀SSID 模擬攻擊；
3)無(wú)線信標(biāo)幀混淆攻擊；
4)無(wú)線探測(cè)響應(yīng)幀混淆攻擊。
(5)應(yīng)用協(xié)議攻擊
1)HTTP 后臺(tái)非法命令執(zhí)行攻擊；
2)WEP 客戶端通信靜默攻擊。
2.4.3 測(cè)試流程
測(cè)試流程由建立測(cè)試環(huán)境、安全機(jī)制驗(yàn)證、預(yù)攻擊以
及攻擊4 個(gè)主要步驟組成，如圖2 所示。
圖2 測(cè)試流程
測(cè)試流程的具體描述如下：
(1)測(cè)試環(huán)境的建立
完整的無(wú)線局域網(wǎng)測(cè)試環(huán)境中應(yīng)包括無(wú)線網(wǎng)卡(STA)、
無(wú)線接入點(diǎn)(AP)以及接入認(rèn)證服務(wù)器(AS)3 類設(shè)備。當(dāng)需要
對(duì)待測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為建立測(cè)試環(huán)境，首先應(yīng)選擇相
應(yīng)的參考設(shè)備。如待測(cè)設(shè)備為無(wú)線網(wǎng)卡時(shí)，建立完整無(wú)線
局域網(wǎng)所需的參考設(shè)備就是無(wú)線接入點(diǎn)與認(rèn)證服務(wù)器。其
中，參考設(shè)備的職責(zé)一方面是幫助待測(cè)設(shè)備組建測(cè)試環(huán)境，
另一方面作為參考對(duì)象，考察不同的待測(cè)設(shè)備想在相同參
考設(shè)備組建的測(cè)試環(huán)境中安全性能上的差異性。
(2)安全機(jī)制驗(yàn)證
測(cè)試環(huán)境建立完成后，首先對(duì)待測(cè)設(shè)備支持的安全機(jī)
制進(jìn)行驗(yàn)證。主要通過(guò)互聯(lián)互通性測(cè)試，判斷在各種安全
機(jī)制下STA 是否成功接入無(wú)線局域網(wǎng)。在測(cè)試過(guò)程中需驗(yàn)
證的安全機(jī)制有WEP、WPA、WPA2 與WAPI，及其中包
含的各種加密與認(rèn)證機(jī)制。在這個(gè)過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)
景，自動(dòng)調(diào)整無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備的配置，以滿足不同安
全機(jī)制的需求。
(3)預(yù)攻擊階段
預(yù)攻擊階段是整個(gè)滲透測(cè)試的開(kāi)始，正確的信息搜集
和分析能使?jié)B透工作事倍功半，能提高滲透工作的效率和
準(zhǔn)確性[16]。預(yù)攻擊階段主要是搜集和分析信息，分析漏洞，
以便確定目標(biāo)并制定滲透策略，流程如圖3 所示。
圖3 偵查分析流程
(4)攻擊階段
攻擊是滲透測(cè)試的核心步驟，而攻擊階段的主要目的，
是破壞數(shù)據(jù)的可用性、機(jī)密性、完整性[17]。攻擊階段中使
用了大量的主動(dòng)測(cè)試技術(shù)，其中主要步驟和相應(yīng)的關(guān)鍵技
術(shù)描述如下：
1)獲得權(quán)限。通過(guò)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的服務(wù)和應(yīng)用進(jìn)行掃描
后，對(duì)一些明確的漏洞，可以考慮直接利用現(xiàn)有的工具和
方法直接進(jìn)行攻擊，并獲取一定的權(quán)限。
2)權(quán)限提升。為了進(jìn)一步鞏固成果，需要進(jìn)行進(jìn)一步的
內(nèi)網(wǎng)滲透，最常用且最有效的方式就是Sniffer 抓包(可以加
上ARP 欺騙)。
3)環(huán)境清理。主要目的是清除入侵痕跡，攻擊者在攻擊
取得成功后要做的另一件事就是攻擊痕跡清除或?qū)⒐粜?
為轉(zhuǎn)嫁。如果獲得了訪問(wèn)系統(tǒng)的完全權(quán)限，攻擊者很容易
修改系統(tǒng)上的事件日志來(lái)掩蓋留下的任何痕跡。需要清除
的日志包括應(yīng)用程序日志、安全日志、系統(tǒng)日志、Web 管
第39 卷 第7 期 197
孟躍偉，胡愛(ài)群，宋宇波，等：無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
理日志、審計(jì)日志等。
2.5 方案完整流程
針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的滲透測(cè)試方案，實(shí)質(zhì)是以無(wú)線局域
網(wǎng)為環(huán)境，以滲透測(cè)試為手段。首先在Metasploit 的框架上，
構(gòu)建針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的攻擊樣本庫(kù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試用例。
其次根據(jù)實(shí)際測(cè)試中對(duì)安全策略的需求，搭建相應(yīng)的無(wú)線
局域網(wǎng)測(cè)試環(huán)境，并對(duì)其中使用的安全機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證。通
過(guò)相應(yīng)的信息搜集、目標(biāo)判別、漏洞掃描技術(shù)，完成預(yù)攻
擊階段對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的被動(dòng)分析，然后選擇合適的測(cè)試用
例，以攻擊為形式，完成攻擊階段的主動(dòng)測(cè)試任務(wù)。本文
方案在實(shí)現(xiàn)上具有較強(qiáng)的可執(zhí)行性。
3 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
基于上文提出的滲透測(cè)試無(wú)線局域網(wǎng)安全測(cè)試方案，
本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于Web 遠(yuǎn)程控制的無(wú)線局域網(wǎng)安
全性能測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和模塊說(shuō)明如圖4 所示。
圖4 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)包括以下部分：無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)，
無(wú)線設(shè)備測(cè)試床，無(wú)線接入點(diǎn)測(cè)試服務(wù)器和安全性能測(cè)試
服務(wù)器；無(wú)線設(shè)備測(cè)試床、無(wú)線接入點(diǎn)測(cè)試服務(wù)器和安全
性能測(cè)試服務(wù)器設(shè)備通過(guò)有線局域網(wǎng)連通，無(wú)線局域網(wǎng)安
全性能測(cè)試平臺(tái)可以通過(guò)該局域網(wǎng)內(nèi)任何主機(jī)訪問(wèn)實(shí)現(xiàn)整
體系統(tǒng)環(huán)境配置，進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。
3.1 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)
無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)作為系統(tǒng)主控部分，用
戶通過(guò)該平臺(tái)對(duì)整個(gè)測(cè)試流程操縱，通過(guò)Socket 接口和遠(yuǎn)
程登錄對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)用。該部分包括賬戶管理、設(shè)備
管理、項(xiàng)目管理、報(bào)告管理和幫助說(shuō)明模塊；5 個(gè)模塊集成
在基于Web 的無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)中，可以通過(guò)
遠(yuǎn)程控制的方式運(yùn)行在擁有瀏覽器的任意局域網(wǎng)主機(jī)上。
賬戶管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)賬戶注冊(cè)、刪除和密碼修改，
設(shè)備管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)無(wú)線設(shè)備注冊(cè)、安全協(xié)議符合性
驗(yàn)證和設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試，項(xiàng)目管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備協(xié)議
安全測(cè)試修改和刪除，報(bào)告管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)無(wú)線設(shè)備
安全性能評(píng)估，并以pdf、word、html 3 種文件格式管理。
無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)如圖5 所示。
圖5 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)
3.2 無(wú)線設(shè)備測(cè)試床
無(wú)線設(shè)備測(cè)試床主要實(shí)現(xiàn)待測(cè)設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)連通性
測(cè)試、接入測(cè)試環(huán)境等功能，主控平臺(tái)通過(guò)Socket 接口調(diào)
用具體模塊實(shí)現(xiàn)功能，該部分包括Socket 通信模塊、功能
模塊和配置模塊。Socket 通信模塊負(fù)責(zé)接收無(wú)線局域網(wǎng)安
全性能測(cè)試平臺(tái)指令，接收到指令后，調(diào)用相對(duì)應(yīng)的功能
模塊，完成功能后返回功能結(jié)果，之后再通過(guò)Socket 模塊
將結(jié)果發(fā)送給無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)，完成指令執(zhí)
行。配置模塊在遠(yuǎn)程登錄時(shí)使用，完成待測(cè)無(wú)線設(shè)備的配
置功能。
3.3 無(wú)線接入點(diǎn)測(cè)試服務(wù)器
無(wú)線接入點(diǎn)測(cè)試服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試信道環(huán)境參數(shù)配
置和測(cè)試環(huán)境開(kāi)啟\關(guān)閉，主控平臺(tái)通過(guò)Socket 接口調(diào)用具
體模塊實(shí)現(xiàn)功能，該部分包括信道配置模塊和接入點(diǎn)配置
模塊。信道配置模塊接收無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)指
令，配置測(cè)試環(huán)境信道參數(shù)；接入點(diǎn)配置模塊配合硬件無(wú)
線網(wǎng)卡的使用，可以使用多種接口的無(wú)線網(wǎng)卡，例如USB
和PCI 等接口，通過(guò)Socket 監(jiān)聽(tīng)無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試
平臺(tái)指令，啟用/關(guān)閉測(cè)試環(huán)境，配置測(cè)試無(wú)線環(huán)境。
3.4 安全性能測(cè)試服務(wù)器
安全性能測(cè)試服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)脆弱性分析和滲透性測(cè)
試，主控平臺(tái)通過(guò)Socket 接口調(diào)用具體功能模塊進(jìn)行測(cè)試，
該部分包括脆弱性分析模塊和滲透性測(cè)試模塊。脆弱性分
析模塊基于CVE 漏洞庫(kù)，對(duì)待測(cè)設(shè)備進(jìn)行脆弱性分析，得
出設(shè)備存在的系統(tǒng)漏洞以及潛在的錯(cuò)誤操作等引起系統(tǒng)不
安全的因素；滲透性測(cè)試模塊在Metasploit 的框架之上，構(gòu)
建針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的攻擊樣本庫(kù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試用例，
根據(jù)無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試平臺(tái)調(diào)用的測(cè)試用例，以
Socket 方式告知安全性能測(cè)試服務(wù)器，然后對(duì)待測(cè)無(wú)線設(shè)
備進(jìn)行設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試，從而完成滲透性測(cè)試。
4 驗(yàn)證與測(cè)試
利用本文設(shè)計(jì)的無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同
的安全機(jī)制進(jìn)行安全協(xié)議符合性驗(yàn)證，并且對(duì)具體的設(shè)備
198 計(jì) 算 機(jī) 工 程 2013 年7 月15 日
進(jìn)行設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試。按模塊劃分，無(wú)線局域網(wǎng)安全性
能測(cè)試環(huán)境拓?fù)淙鐖D6 所示。
圖6 無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試環(huán)境拓?fù)?
4.1 安全協(xié)議符合性驗(yàn)證
安全協(xié)議符合性驗(yàn)證選取802.1x 中EAP-TLS、EAPPEAP
進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果使用Wireshark 工具抓取信息。
4.1.1 EAP-TLS 認(rèn)證
使用Wireshark 捕獲的EPA-TLS 認(rèn)證信息如圖7 所示，
可見(jiàn)其中截獲的EAP 響應(yīng)報(bào)文中TYPE 字段的描述為
“EAP-TLS[RFC5216][Aboba](13)”，證明EAP-TLS 測(cè)試環(huán)
境已建立。
圖7 EPA-TLS認(rèn)證信息捕獲
4.1.2 EPA-PEAP 認(rèn)證
使用Wireshark 捕獲的EPA-PEAP 認(rèn)證信息如圖8 所
示，可見(jiàn)其中截獲的EAP 響應(yīng)報(bào)文中TYPE 字段的描述為
“PEAP[Palekar](25)”，證明EAP-PEAP 測(cè)試環(huán)境已建立。
圖8 EAP-PEAP 認(rèn)證信息捕獲
4.2 設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試
在設(shè)備協(xié)議安全測(cè)試中，選擇無(wú)線去認(rèn)證洪泛攻擊和
無(wú)線CTS/RTS 洪泛攻擊對(duì)待測(cè)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)結(jié)
果進(jìn)行說(shuō)明。
4.2.1 無(wú)線去認(rèn)證洪泛攻擊
由表1 測(cè)試數(shù)據(jù)可見(jiàn)，去認(rèn)證洪泛攻擊對(duì)于所有參與
測(cè)試的網(wǎng)卡都執(zhí)行成功，而在不同的安全機(jī)制下，去認(rèn)證
的成功執(zhí)行的時(shí)間并沒(méi)有明顯的差異，不同網(wǎng)卡在去認(rèn)證
攻擊中的表現(xiàn)也沒(méi)有明顯差異。
表1 去認(rèn)證攻擊網(wǎng)卡測(cè)試數(shù)據(jù) ms
配置
STA 型號(hào)
WEP WPA WPA2 WAPI
TP-LINK TL-WN321G 3 853 3 915 3 915 —
D-LINK DWL-G520+ 3 981 4 073 4 085 —
NETGEAR WNA3100 3 603 3 712 3 791 —
IWNCOMM IWNC2430ICA 3 962 3 822 3 557 3 915
HED TL0901GU 3 854 — 3 932 3 944
4.2.2 無(wú)線CTS/RTS 洪泛攻擊
由表2 測(cè)試數(shù)據(jù)可見(jiàn)，CTS/RTS 洪泛攻擊對(duì)于所有參
與測(cè)試的網(wǎng)卡影響較為顯著，攻擊前后的2 個(gè)STA 間的數(shù)
據(jù)傳輸時(shí)延有明顯的差異。而在不同的安全機(jī)制下，CTS/
RTS 洪泛影響并沒(méi)有明顯的差異，不同網(wǎng)卡在攻擊中的表
現(xiàn)也沒(méi)有明顯差異。
表2 攻擊前后網(wǎng)卡測(cè)試數(shù)據(jù)
配置
STA 型號(hào) 時(shí)間
WEP WPA WPA2 WAPI
TP-LINK 攻擊前 8 ms 10 ms 9 ms
TL-WN321G 攻擊后 936 ms 884 ms 丟包
—
D-LINK 攻擊前 3 ms 6 ms 5 ms
DWL-G520+ 攻擊后 865 ms 851 ms 917 ms
—
NETGEAR 攻擊前 3 ms 4 ms 3 ms
WNA3100 攻擊后 丟包 丟包 丟包
—
IWNCOMM 攻擊前 8 ms 8 ms 9 ms 10 ms
IWNC2430ICA 攻擊后 749 ms 803 ms 795 ms 丟包
HED 攻擊前 6 ms 3 ms 8 ms
TL0901GU 攻擊后 972 ms
—
丟包 956 ms
4.3 本文系統(tǒng)與主流測(cè)試工具的比較
表3 給出了本文系統(tǒng)與主流測(cè)試工具的比較，主流測(cè)
試工具與功能不能一一詳盡，且現(xiàn)有工具主要針對(duì)無(wú)線環(huán)
境安全測(cè)試，較少針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備安全性能測(cè)試。
在表3 中，滲透測(cè)試與協(xié)議一致性測(cè)試均指針對(duì)無(wú)線組網(wǎng)
設(shè)備是否具備該項(xiàng)功能，從另外一方面也得出該系統(tǒng)可補(bǔ)
充現(xiàn)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全中針對(duì)無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備安全測(cè)試模塊。
表3 測(cè)試系統(tǒng)對(duì)比
產(chǎn)品 脆弱性分析 被動(dòng)分析 協(xié)議一致性測(cè)試 滲透測(cè)試
LapTop 無(wú)線網(wǎng)測(cè)試分析儀 具備無(wú)線環(huán)境攻擊分析 具備 具備，缺乏WAPI 不具備
WLAN 入侵檢測(cè)系統(tǒng) 具備無(wú)線環(huán)境攻擊分析 具備 不具備 不具備
本文系統(tǒng) 具備針對(duì)設(shè)備的脆弱性分析 具備 具備 具備
第39 卷 第7 期 199
孟躍偉，胡愛(ài)群，宋宇波，等：無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
5 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行安全測(cè)試的問(wèn)題，
討論了主動(dòng)測(cè)試技術(shù)、被動(dòng)測(cè)試技術(shù)及滲透測(cè)試技術(shù)。針
對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方案及工具的不足與缺陷，給出一種基于滲透
測(cè)試的無(wú)線局域網(wǎng)安全性能測(cè)試系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)了方案的
框架、構(gòu)建樣本庫(kù)及系統(tǒng)實(shí)施流程。同時(shí)給出了系統(tǒng)的設(shè)
計(jì)與實(shí)現(xiàn)，說(shuō)明了主控平臺(tái)及各個(gè)模塊功能。
本文對(duì)提出的系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試與驗(yàn)證，給出針對(duì)各
種無(wú)線組網(wǎng)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)，并且將本文系統(tǒng)與現(xiàn)有主流
系統(tǒng)做了相關(guān)功能比較，結(jié)果體現(xiàn)了本文系統(tǒng)對(duì)無(wú)線組網(wǎng)
設(shè)備安全性能測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。下一步工作將研究如何結(jié)合已
有的評(píng)估方法，基于滲透測(cè)試的結(jié)果構(gòu)造全面、客觀、通
用的評(píng)估指標(biāo)體系。
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