Mobilkommunikationsnetze Security -

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1 Security - Vorlesung

2 Historisch: WEP Wired Equivalent Privacy (WEP) Verschlüsselung mit RC4-Stromchiffre mit 40 bzw. 104 Bit Schlüssel 24-Bit-Initialisierungsvektor zur Vermeidung von Schlüsselduplikaten CRC32 zur Sicherung gegen Fehler im Paket gebrochen in allen praktischen Belangen Page 2

3 Historisch: Shared Key Authentication Nutzerauthentifizierung durch Kenntnis eines geheimen Schlüssels einfaches Challenge-Response-Verfahren AP sendet zufällige Zeichenfolge an STA (Challenge Text) STA verschlüsselt Zeichenfolge nach WEP mit gemeinsamem Schlüssel AP entschlüsselt erfolgreich STA ist authentifiziert basiert auf WEP vergleichbar unsicher Page 3

4 Aktuell: i (WPA2) Sammlung von (bisher) als sicher geltenden Authentifizierungs- & Verschlüsselungsverfahren Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) Designziel: ressourcenschonend wie WEP Upgrademöglichkeit für bestehende Systeme CTR with CBC-MAC Protocol (CCMP) Broadcast/Multicast Integrity Protocol (BIP) Schutz von Managementpaketen gegen Veränderung und Replay Simultaneous Authentication of Equals (SAE) 802.1X Authentifizierung zwischen zwei STA mit gemeinsamem Passwort Page 4

5 CCMP bietet Verschlüsselung (Counter Mode, CTR), Authentifizierung (CBC-MAC) und Replay-Schutz von Nachrichten Basis: CCM (RFC 3610) mit AES mit 128-Bit-Schlüssel und -Blockgröße 48 Bit Paketnummer als Schutz gegen Replay und als (Teil des) Nonce für Verschlüsselung & Authentifizierung Page 5

6 CCMP - CBC-MAC Sicherstellung der Nachrichtenintegrität &- authentizität durch kryptografisch sichere Prüfsumme Verschlüsseln der Nachricht im CBC-Modus Speichern des letzten Blocks als Prüfsumme (WLAN: 8 von 16 Bytes gespeichert) E E E Quelle: Page 6

7 CCMP - Counter Mode Nonce (Flags, Zieladresse, Paketzähler) + Counter werden mittel AES verschlüsselt Schlüsselstrom XOR-Verknüpfung mit Klartextblock Ciphertextblock Nonce c59bcf35 Counter Nonce c59bcf35 Counter Nonce c59bcf35 Counter Key block cipher encryption Key block cipher encryption Key block cipher encryption Plaintext Plaintext Plaintext Ciphertext Ciphertext Ciphertext Counter (CTR) mode encryption Quelle: Page 7

8 CCMP - Counter Mode Vorteile: keine Ausbreitung von Übertragungsfehlern (1 Bitfehler im Ciphertext = 1 Bitfehler im Klartext) ggf. Fehlerkorrekturmechanismen weiterhin möglich wahlfreier Zugriff auf einzelne Blöcke Pakete teilweise entschlüsselbar Ver-/Entschlüsselung parallelisierbar Skalierbarkeit bei vielen Paketen (bspw. am AP) Page 8

9 CCMP - Replay-Schutz STA hält für jeden Kommunikationspartner einen Paketzähler wenn Paketzähler des empfangenen Pakets <= vorhandener Zähler Paket verwerfen Paketzähler ist Bestandteil des Nonce für CBC-MAC keine Fälschung möglich Page 9

10 802.1X Infrastruktur zur Kontrolle des Zugriffs auf Netzwerkendpunkte (Ports) EAPOL (bspw.) EAP in RADIUS PAE PAE Supplicant Authenticator Authentication Server Page 10

11 802.1X - EAPOL Extensible Authentication Protocol over LAN Anpassung zur Benutzung von EAP (RFC 3748) über LAN-Verbindungen EAP: Framework zur flexiblen Authentifizierung von Endgeräten Flexible Verwendung verschiedener Authentifizierungsmethoden im Protokollablauf keine vorherige Aushandlung nötig Einbindung zusätzlicher Methoden über Backend-Server (Passthrough) Page 11

12 802.1X - EAP Protokollablauf Peer/Supplicant Request Authenticator Abhängig von Methode weitere Schritte Response Request Response EAP Failure/Success Page 12

13 802.1X EAP-MD5 Challenge Handshake Authentication Protocol mit MD5-Hash Peer/Supplicant Authenticator EAP-MD5-Challenge(Zufallszahl) MD5(id, secret, challenge) Response(User, MD5(...)) EAP Success/Failure MD5(id, secret, Challenge)== Response? Page 13

14 802.1X - EAP-TLS EAP Transport Layer Security Authentifizierung mit X.509-Zertifikaten auf beiden Seiten Peer/Supplicant Authenticator Authentication Server EAP-TLS Start EAP-TLS client_hello Verifikation Server-Zertifikat TLS-Handshake EAP-TLS server_hello, certificate, server_key_exchange, certificate request EAP-TLS certificate, client_key_exchange, certificate_verify, change_cipher_spec EAP-TLS change_cipher_spec EAP-Success EAP-TLS Response Verifikation Client-Zertifikat Page 14

15 802.1X - EAP-TTLS EAP Tunneled TLS Benutzung von anderen EAP-Methoden via TLS-Tunnel Phase 1: TLS-Handshake zum Aufbau eines Tunnels zwischen Supplicant & Server Phase 2: Nutzung weiterer Authentifizierungsmethoden via Tunnel (bspw. Password Authentication Protocol, PAP) geschützt durch verschlüsselten Tunnel Typisch: Tunnel nur mit Server-Authentifizierung, Client anonym, Client-Authentifizierung in Phase 2 (Beispiel: eduroam) Page 15

16 802.1X - Schlüsselableitung Authentifizierungsvorgang liefert Pairwise Master Key (PMK) 4-Wege-Handshake zur Ableitung von Pairwise Transient Key (Schutz von Unicastverkehr) und Group Temporal Key (Verschlüsselung von Broadcastverkehr) Ableitung PTK aus Nonce von STA und AP, MAC-Adressen von STA und AP und Pairwise Master Key durch Password-Based Key Derivation Function 2 (PBKDF2) 64 Byte PTK Aufteilung PTK in verschiedene Teilschlüssel für Anwendungen wichtig: Temporal Key für Verschlüsselung Unicast-Traffic (128 Bit) Page 16

17 802.1X - Schlüsselableitung STA AP Access Point Nonce Ableitung PTK STA Nonce GTK Ableitung PTK ACK Page 17

18 Zusammenfassung Historisch: WEP als Verschlüsselungs- & Authentifizierungsverfahren komplett gebrochen i (WPA2) als neuere, (bisher) sichere Lösung CCMP als Verschlüsselungslösung Authentifizierung via Pre-Shared Key für kleine Installationen ( WPA Personal ) 802.1X mit EAPOL für große Installationen ( WPA Enterprise ) Page 18

19 Contact Ilmenau University of Technology Dipl.-Inf. fon: +49 (0) fax: +49 (0) Visitors address: Technische Universität Ilmenau Helmholtzplatz 5 Zuse building, room 1034 D Ilmenau Page 19

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